СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ РАССЕЯНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2017 года по МПК H01Q15/16 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для увеличения эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов и получения их ложных радиолокационных портретов.

Известны различные способы увеличения эффективной площади рассеяния объектов, в том числе за счет применения пассивных переизлучателей радиоволн (Плохих А.П., Шабанов Д.С. Радиолокационные отражатели и их применение. М.: Зарубежная радиоэлектроника, 1992, №8. С. 77-97). Переизлучатели радиоволн нашли широкое применение в системах связи и радиолокации. Теоретическое обоснование их работоспособности и применимости достаточно полно изложено в ряде работ (Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Сов. радио». 1975. С. 138-213; Великанов В.Д. и др. Радиотехнические системы в ракетной технике. М.: Воениздат, 1974. С. 182-185). Специфика использования переизлучателей радиоволн на разных объектах предъявляет к ним следующие основные требования (Вакин С.A., Шустов Л.H. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968. С. 320):

- обеспечивать большую ЭПР при минимальных габаритах и весах;

- формировать широкую диаграмму переизлучения.

Из числа известных переизлучателей радиоволн указанным требованиям отвечают уголковые отражатели различных типов, линзы Люнеберга, ответчики Ван-Атта, зеркальные антенны, антенны поверхностной волны и ряд других отражателей на основе антенн (Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Сов. радио». 1975. С. 138-213).

Данным переизлучателям радиоволн присущ ряд общих недостатков, которые ограничивают или вовсе исключают их использование с целью увеличения ЭПР объектов:

- высокие требования к точности изготовления конструкции переизлучателей (уголки, линзы);

- сложность конструкции переизлучателей (ответчики Ван-Атта);

- относительно малая диапазонность;

- большие габариты и вес.

Стоит отметить, что пассивные переизлучатели имеют характерную слабо модулированную (практически гладкую) по амплитуде диаграмму ЭПР, которая уверенно идентифицируется и распознается. По этой причине такие отражатели вряд ли могут быть применимы для имитации ложного радиолокационного портрета в ходе противодействия распознаванию типа объекта (Плохих А.П., Шабанов Д.С. Радиолокационные отражатели и их применение. М.: Зарубежная радиоэлектроника, 1992, №8. С. 85).

Задачей настоящего изобретения является увеличение эффективной площади рассеяния объектов и получение их ложных радиолокационных портретов.

Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является увеличение мощности отражаемых объектами сигналов и искажение их радиолокационных портретов.

Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата (фиг. 1) выпуклый радиолокационный объект 1 (ВРЛО) расчленяют ортогонально наиболее вероятному направлению радиоизлучения 2 с образованием при этом минимум двух плоских параллельных поверхностей 3, отстоящих друг от друга на расстоянии многим больше длины волны радиоизлучения, извлекают заключенные между этими поверхностями части ВРЛО 4, металлизируют образовавшиеся поверхности и устанавливают между ними крепление 5 произвольной формы из радиопрозрачного материала, жестко удерживающее оставшиеся части ВРЛО. При этом крепление 5 может повторять форму извлеченных частей ВРЛО 4.

Для анализа заявляемого способа обратимся к теории и практике применения антенн. Известны способы увеличения ЭПР антенных отражателей на основе принципа построения многозеркальных антенн, где металлическая пластина выступает в роли зеркала-рефлектора. Так в известном устройстве «Радиолокационный антенный отражатель» (А.с. СССР №1646016 и №1646017, H01Q 15/16) цель изобретения - увеличение ЭПР - достигается путем выбора размеров отражающих поверхностей, образующих резонаторную систему открытого типа. Такие отражатели подобны конструкции двухзеркальных антенн и могут состоять из набора как параболических, так и плоских зеркал-рефлекторов (Современная теория и практическое применение антенн./Под ред. Неганова В.А. М.: «Радиотехника», 2009. С. 546). Известна антенна космической связи, в системе питания которой, по перископическому принципу, применена двухзеркальная конструкция, состоящая из двух плоских параллельных зеркал (3 и 4 на рис. 1.26, Айзенберг Г.З., Ямполъский В.Г., Терёшин О.Н. Антенны УКВ. Т.2. М.: «Связь». 1977. С. 33) или пассивных ретрансляторов типа препятствие, также выполненные в виде двух плоских зеркал (Айзенберг Г.З., Ямполъский В.Г., Терёшин О.Н. Антенны УКВ. Т.2. М.: «Связь». 1977. С. 136-137). Эти и аналогичные им конструкции при определенных соотношениях линейных размеров плоских зеркал и рабочей длины волны представляют собой резонаторную систему открытого типа и способны обеспечивать в ней режим стоячей волны. При этом ЭПР резонаторной системы открытого типа может превысить ЭПР равной по размерам пластины (А.с. СССР №1646016 и №1646017, H01Q 15/16).

Следовательно, если в границах объема выпуклого объекта (Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Сов. радио», 1975. С. 69) сформировать минимум одну резонаторную систему открытого типа, ориентированную так, что нормаль к пластинам совпадает с направлением радиоизлучения, то в прилегающих к нему секторах можно добиться увеличения ЭПР до значений, превышающих ЭПР пластины площадью, равной геометрическому поперечнику или облучаемой площади поверхности объекта. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим принцип работы резонаторной системы открытого типа. Конструктивно (Справочник по радиолокации./Под ред. М. Сколника. М.: Сов. радио. 1977. Т.2. С. 37) «объемный резонатор» (ОР) представляет собой диэлектрическую полость, ограниченную проводящими стенками. ОР возбуждается (т.е. в нем накапливается энергия в пределах временных интервалов, превышающих период колебания) на определенных частотах с определенной структурой электромагнитного поля. Тип колебания определяется размером и формой ОР». Такой же принцип использован в конструкции антенны с обратным излучением, для которой открытая область между плоскими отражателями действует подобно резонатору лазера с полем стоячей волны, распределенным вдоль оси (Укороченная антенна с обратным излучением. ТИИЭР, 1965, Т.53, №8. С. 1296).

Способность ОР не только увеличивать ЭПР объекта, но и формировать его ложный радиолокационный портрет поясняет принцип работы эхо-резонатора (Справочник по радиолокации./Под ред. М. Сколника. М.: Сов. радио. 1977. Т.2. С. 37). «...При излучении зондирующего импульса РЛС в эхо-резонаторе возбуждаются СВЧ-колебания (если он настроен на частоту РЛС), которые длятся после окончания импульса от РЛС в течение многих микросекунд. Иными словами, эхо-резонатор резонирует («звенит») длительное время. Часть энергии колебаний в эхо-резонаторе излучается обратно в радиолокационный приемник, так что на экране радиолокационного индикатора появляется длинная отметка протяженностью по шкале дальности от нуля до нескольких тысяч метров (длительность порядка 20-50 мкс)». При этом можно предположить, что, устанавливая между проводящими стенками расстояние многим больше длины волны, можно добиться в широком диапазоне частот более длительного по времени «звона».

Современные радиолокационные системы и средства, использующие широкополосные когерентные приемники и эффективные методы обработки принимаемых сигналов, позволяют формировать инверсно синтезируемые пространственные двумерные радиолокационные изображения (портреты) объектов с высоким разрешением. Используя их, имеем возможность однозначно восстановить не только контур объекта, но и выявить его характерные элементы (Радиолокационные характеристики объектов. Методы исследования./ Под ред. С.М. Нестерова. М.: Радиотехника, 2015. С. 206-227).

Рассмотрим ВРЛО, расчлененный ортогонально наиболее вероятному направлению радиоизлучения с образованием при этом двух плоских параллельных поверхностей, отстоящих друг от друга на расстоянии многим больше длины волны радиоизлучения, с извлеченной внутренней частью, с металлизированными образовавшимися поверхностями и установленным между ними креплением из радиопрозрачного материала, жестко удерживающим оставшиеся части.

При облучении ВРЛО плоским фронтом электромагнитной волны отраженное в обратном направлении поле представляет собой суперпозицию полей от индуцированных на поверхности объекта токов, включая интерференцию полей от токов, затекающих на заднюю поверхность ближней из двух параллельных плоскостей, и от токов на передней поверхности дальней плоскости (Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Сов. радио». 1975. С. 87-101), в результате чего с задержкой во времени формируются многократные спадающие по мощности отражения.

Значения ЭПР различных ВРЛО определяют их геометрическая форма, электромагнитные свойства и волновые размеры отражающих поверхностей, а также пространственное положение относительно направления на источник излучения.

Наименьшей ЭПР обладает конус при облучении его со стороны вершины. Плоские поверхности, напротив, имеют значительную ЭПР, пропорциональную значению площади и обратно пропорциональную квадрату длины волны. В этой связи следует отметить, что применение только одного ОР для увеличения ЭПР ВРЛО может быть недостаточным. Причем для увеличения значений ЭПР ВРЛО конической или сферической формы одинакового размера может потребоваться большее число ОР, чем для ВРЛО плоской формы (Степанов Ю.Г. Противорадиолокационная маскировка. М.: «Сов. радио». 1968. С. 45).

На фиг. 2 изображены ВРЛО, использованные для экспериментальной проверки заявляемого способа в условиях эталонного радиолокационного измерительного комплекса ЦНИИ ВВКО Минобороны России («Эталонный радиолокационный измерительный комплекс открытого типа (ЭРИК)». Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Противовоздушная и противоракетная оборона. Том IX. М.: "Оружие и технологии". 2004. С. 385):

- металлизированный прямой круговой цилиндр длиной 17λ и диаметром основания 10λ (d);

- оставшийся после расчленения этого цилиндра ортогонально оси двумя параллельными плоскостями и извлечения его внутренней части - объект в виде двух дисков-оснований цилиндра, металлизированных с внутренней стороны, отстоящих друг от друга ортогонально оси на расстоянии ≈17λ и жестко удерживаемых креплением в форме радиопрозрачного цилиндра толщиной ≈0,8λ (е);

- тот же объект, дополненный со стороны одного из оснований металлизированной полусферой (f) или конусом (g).

На фиг. 3, 5, 7, 9 представлены полученные для длины волны λ=3,1 см диаграммы ЭПР ВРЛО в секторе углов локации 0…60°: металлизированного прямого кругового цилиндра (d), объекта в виде двух параллельных металлизированных дисков, скрепленных между собой радиопрозрачным цилиндром (е), и тот же объект, дополненный со стороны одного из оснований металлизированной полусферой (f) или конусом (g).

На фиг. 4, 6, 8, 10 слева представлены схематические изображения ВРЛО, а справа - инверсно синтезированные двумерные радиолокационные изображения ВРЛО в плоскости их вращения: металлизированного прямого кругового цилиндра (фиг. 4), объекта в виде двух параллельных металлизированных дисков, скрепленных между собой радиопрозрачным цилиндром (фиг. 6), и тот же объект, дополненный со стороны одного из оснований металлизированной полусферой (фиг. 8) или конусом (фиг. 10). Условия локации: центральная длина волны 3,1 см; полоса перестройки частоты 4,5 ГГц; угловой сектор синтезирования 0±15°; число частотных дискрет 1024; х и у - оси связанной с объектами системы координат.

Анализ диаграмм ЭПР показывает увеличение в секторе углов локации 0…60° медианных значений ЭПР (σ_0,5) объекта в виде двух параллельных металлизированных дисков, скрепленных между собой радиопрозрачным цилиндром (е) - на 3,5 дБ; того же объекта, дополненного со стороны одного из оснований металлизированной полусферой (f) - на 9,8 дБ; дополненного металлизированным конусом (g) - на 1,5 дБ, по сравнению с соответствующими значениями ЭПР (σ_0,5) металлизированного прямого кругового цилиндра (d), полученными для тех же условий.

Инверсно синтезированные двумерные радиолокационные изображения ВРЛО (d) в сравнении с (е), (f) и (g) иллюстрируют:

- увеличение за счет многократного повторения с близким к расстоянию между параллельными проводящими плоскостями периодом числа интенсивно отражающих локальных центров рассеяния объекта и, тем самым, линейного размера его образа;

- появление большого числа слабо отражающих локальных центров рассеяния, затрудняющих определение контура объекта.

Таким образом, заявляемый способ позволяет увеличить эффективную площадь рассеяния объектов и одновременно получить их ложные радиолокационные портреты.

Технический результат достигнут. Задача изобретения решена.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для увеличения эффективной площади рассеяния объектов и получения их ложных радиолокационных портретов. Способ увеличения эффективной площади рассеяния радиолокационного объекта заключается в расчленении выпуклого радиолокационного объекта (ВРЛО) ортогонально наиболее вероятному направлению радиоизлучения с образованием при этом минимум двух плоских параллельных поверхностей, отстоящих друг от друга на расстоянии многим больше длины волны радиоизлучения, извлечении находящихся между этими поверхностями частей ВРЛО, металлизации образовавшихся поверхностей и установки между ними крепления произвольной формы из радиопрозрачного материала, жестко удерживающего оставшиеся части ВРЛО. Технический результат заключается в увеличении мощности отражаемых объектами сигналов до 10 дБ и искажении их радиолокационных портретов. 10 ил.

Способ увеличения эффективной площади рассеяния радиолокационного объекта, состоящий в расчленении выпуклого радиолокационного объекта (ВРЛО) ортогонально наиболее вероятному направлению радиоизлучения с образованием при этом минимум двух плоских параллельных поверхностей, отстоящих друг от друга на расстоянии многим больше длины волны радиоизлучения, извлечении заключенных между этими поверхностями частей ВРЛО, металлизации образовавшихся поверхностей и установки между ними крепления произвольной формы из радиопрозрачного материала, жестко удерживающего оставшиеся части ВРЛО.