Комплекс создания радиопомех аппаратуре потребителей глобальных навигационных спутниковых систем Российский патент 2020 года по МПК H04K3/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке средств радиоэлектронного подавления приемных устройств аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в частности, размещаемых на кораблях, самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах, в системах высокоточного оружия и т.д.

Известны передатчики радиопомех, содержащие формирователи радиопомех, усилители и передающие антенны с соответствующими связями и способные формировать радиопомехи приемным устройствам потребителей навигационных спутниковых систем [см., например, полезная модель РФ №30054, МПК Н04K 3/00, опубл. 10.06.2003 г.; полезная модель РФ №31891, МПК Н04K 3/00, опубл. 27.08.2003 г.; полезная модель РФ №113620, МПК Н04K 3/00, опубл. 20.02.2012 г.; Дятлов А.П., Дятлов П.А., Кульбикаян Б.Х., Радиоэлектронная борьба со спутниковыми радионавигационными системами. - М.: «Радио и связь», 2004, с. 202-211].

Недостатком передатчиков является низкая эффективность радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС, в которых применяются адаптивные цифровые антенные решетки (ЦАР). Применение ЦАР обеспечивает за счет адаптивного формирования «нулей» в диаграмме направленности антенн приемных устройств потребителей ГНСС подавление помех от одиночных источников на 40 дБ и более [см., например, Слюсар В. Цифровые антенные решетки. Решения задач GPS. Электроника: Наука, Технология, Бизнес.2009, №1, с. 74-78].

Известны пространственно-распределенные системы радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей глобальных навигационных спутниковых систем [см., например, патент RU №2656247, С1, МПК H04K 3/00, опубл. 04.06.2018 г.; патент RU №2666126, С1, МПК G01S 7/36, Н04K 3/00, опубл. 06.09.2018 г]

Недостатком пространственно-распределенных систем является так же низкая эффективность радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС, в которых применяются адаптивные ЦАР. Дело в том, что передатчики помех пространственно-распределенных систем имеют ограниченную дальность действия и устанавливаются друг от друга на расстоянии, обеспечивающем непрерывное пребывание мобильного потребителя ГНСС в зоне действия, по меньшей мере, одного модуля помех. То есть радиоэлектронное подавление приемных устройств потребителей ГНСС в каждый период времени обеспечивается, как правило, одним из передатчиков системы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является пространственно-распределенный комплекс средств создания радиопомех приемным устройствам мобильных потребителей ГНСС, состоящий из средств разведки, пункта управления и станций радиопомех [см., например, патент RU №2563972, С1, МПК Н04K 3/00, опубликован 27.09.2015 г.]. Работа комплекса основана на концентрации суммарной энергии совокупности разнесенных в пространстве нескольких станций радиопомех небольшой мощности в заданной области пространства на заданном интервале времени. При этом создание преднамеренных радиопомех большой мощности обеспечивается путем координатно-временного обеспечения взаимодействия средств разведки и нескольких станций радиопомех.

Недостатком комплекса является низкая эффективность радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС, в которых применяются многоэлементные адаптивные ЦАР. В таких антенных решетках максимальное число направлений, в которых обеспечивается формирование «нулей» в диаграмме направленности ЦАР, равно N-1, где N -число антенных элементов ЦАР. [см., например, Слюсар В. Цифровые антенные решетки. Решения задач GPS. Электроника: Наука, Технология, Бизнес.2009, №1, с. 74-78]. Известно также, что в 7 - элементных и 19 - элементных ЦАР удалось получить подавление помех, соответственно, трех и шести широкополосных станций на 50 дБ [см., например, Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко - Трендз, 2000, с. 145-149]. Создание большой группировки станций помех, расположенных с различных направлений относительно объекта радиоподавления, представляется проблематичной. Кроме того, реализация известного комплекса требует сложного координатно-временного обеспечения для взаимодействия средств разведки и станций помех, что обусловливает наличие лишних звеньев управления на оперативном уровне при действии нескольких средств разведки и станций помех в одной зоне.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС путем облучения носителей, местных предметов и подстилающей поверхности помехой и создания за счет отражений и многолучевого распространения радиоволн многочисленных направлений прихода помехи на приемные устройства потребителей ГНСС.Это делает невозможным формирование «нулей» в диаграмме направленности ЦАР во всех необходимых для компенсации помех направлениях даже в антенных решетках с большим числом элементов и, соответственно, повышает эффективность радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный комплекс создания радиопомех аппаратуре потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), содержащий соединенные линиями связи станцию разведки для обнаружения и определения местоположения объекта радиоподавления, пункт управления, прогнозирующий на заданный интервал времени область пространства местоположения объекта радиоподавления, и станцию радиопомех с устройством угловой ориентации антенны передатчика радиопомех в направлении объекта радиоподавления, согласно изобретению, в станцию радиопомех дополнительно введен второй передатчик радиопомех с устройством угловой ориентации антенны в направлении местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения объекта радиоподавления.

Указанный технический результат достигается тем, что поляризация антенны второго передатчика ортогональная - противоположного направления вращения по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС.

Сущность изобретения заключается в том, что в станцию радиопомех дополнительно, введен второй передатчик радиопомех с устройством угловой ориентации антенны в направлении местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения объекта радиоподавления и за счет отражений и многолучевого распространения радиоволн обеспечиваются многочисленные направления прихода помех на антенны приемных устройств потребителей ГНСС. Это делает невозможным формирование «нулей» в диаграмме направленности ЦАР во всех необходимых для компенсации помех направлениях, особенно в антенных решетках с малым числом элементов. Учитывая, что при отражении радиоволн с круговой поляризацией (в системе ГНСС используются сигналы с круговой поляризацией) направление вращения вектора поляризации изменяется на противоположное [см., например, Татаринов В.Н., Татаринов С.В, Лигтхарт Л.П. Введение в современную теорию поляризации радиолокационных сигналов (Том 1. Поляризация плоских электромагнитных волн и ее преобразования). - Томск: Изд. Томского университета, 2012, с. 273-276], поляризация антенны второго передатчика ортогональная - противоположного направления вращения по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС.Этим обеспечивается согласованный по поляризации прием помех, отраженных от элементов носителя, местных предметов и подстилающей поверхности, приемными устройствами потребителей ГНСС. Кроме того, при радиоэлектронном подавлении приемных устройств навигационной аппаратуры потребителей ГНСС по боковым лепесткам их диаграмм направленности антенн уровень помех на входе приемных устройств на кросс поляризации может быть выше, чем на рабочей поляризации [см., например, Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М., Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. - М.: «Радиотехника», 2003, с. 393-394]. Это является дополнительным положительным фактором создания помехи на поляризации ортогональной (кросс поляризации) по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС.

Таким образом, достигается указанный в изобретении технический результат.

Предлагаемый комплекс создания радиопомех аппаратуре потребителей глобальных навигационных спутниковых систем содержит соединенные линиями связи станцию разведки для обнаружения и определения местоположения объекта радиоподавления, пункт управления, прогнозирующий на заданный интервал времени область пространства местоположения объекта радиоподавления, и станцию радиопомех с двумя передатчиками радиопомех с устройствами угловой ориентации антенн. Причем поляризация антенны первого передатчика радиопомех совпадает с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС, а поляризация антенны второго передатчика ортогональная -противоположного направления вращения по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС.

Назначение составных частей комплекса ясно из их названия и они аналогичны прототипу. Все составные части комплекса могут быть выполнены с использованием выпускаемых промышленностью радиотехнических элементов. Дополнительно введенный в комплекс создания радиопомех второй передатчик радиопомех с устройством угловой ориентации антенны может быть выполнен аналогично передатчику прототипа. Отличие заключается в том, что антенна второго передатчика выполнена с поляризацией, ортогональной (противоположного направления вращения) по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в ГНСС. Известно, например, что в ГНСС GPS используются сигналы с правосторонней круговой поляризацией излучения [см., например, Соловьев Ю. А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко - Трендз, 2000, с. 53] и в процессе работы ГНСС поляризация излучения не изменяется. Реализация круговой (левого или правого направлений вращения) поляризации излучения обеспечивается, например, широко применяемыми спиральными антеннами [см., например, Фрадин А.З. Антенно-фидерые устройства. М.: Связь, 1977, с. 279]. Реализация антенны предлагаемого передатчика не предполагает применения каких - либо особенностей в известных антеннах с круговой поляризации излучения и она может быть выполнена аналогично известным решениям. Возможность технической реализации второго передатчика помех оценим по требованиям к его энергетическому потенциалу (произведение выходной мощности передатчика на коэффициент усиления антенны). Требования к энергетическому потенциалу второго передатчика помех определяются из условия, чтобы мощность помехи на входе приемных устройств потребителей ГНСС была не меньше мощности спутникового навигационного сигнала Р₀=-157 - -162 дБ Вт [см., например, Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко - Трендз, 2000, с. 30-31]. Помеха, излучаемая вторым передатчиком, попадает в антенну приемных устройств потребителей ГНСС за счет отражений от конструктивных элементов носителей, местных предметов и других объектов, находящихся в области местоположения объекта радиоподавления, и многолучевого распространения радиоволн. Мощность помехи на входе приемных устройств (Р_{п вх}) определим в условиях распространения волн в свободном пространстве [см., например, Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Учебник для вузов. М., «Связь», 1972, с. 19-24]:

где:

P_пG_п - выходная мощность и коэффициент направленного действия антенны второго передатчика помех, соответственно;

R - дальность от передатчика помех до элементов носителей, местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения приемных устройств потребителей ГНСС;

σ - эффективная поверхность рассеяния элементов носителей, местных предметов и подстилающей поверхности;

R_о - дальность от элементов носителей, местных предметов и подстилающей поверхности до приемных устройств потребителей ГНСС;

G - коэффициент направленного действия антенн приемных устройств потребителей ГНСС;

λ - длина волны несущего колебания радиосигнала ГНСС.

Условие Р_{п вх}≥Р_о выполняется при:

Расчеты показывают, что для типовых значений R=25…50 км, σ=1…10 м², R_о=100…500 м, G=1, λ=0,18; 0,24 м. условие Р_{п вх}≥Р_о выполняется при P_пG_п≥10³-10⁴ Вт. То есть, например, при коэффициенте усиления передающей антенны, равном 100 (ширина диаграммы направленности антенны примерно 15×15 градусов) мощность передатчика составит не более 100 Вт. Передатчики помех с таким значением энергетического потенциала известны [см., например, Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. М: Воениздат, 1981, с. 294-303], и реализация второго передатчика в заявляемом изобретении может быть выполнена одним из известных решений, в том числе аналогичным передатчику помех прототипа.

Комплекс создания радиопомех аппаратуре потребителей глобальных навигационных спутниковых систем работает следующим образом. Как и в прототипе по команде, передаваемой по линии связи с пункта управления, станция разведки выполняет сбор данных о пространственных координатах и параметрах траектории движения объекта радиоподавления. По линии связи данные об объекте радиоподавления передаются на пункт управления, где прогнозируется на заданный интервал времени область пространства местоположения объекта радиоподавления. В соответствии с планом применения комплекса, по линии связи с пункта управления на станцию радиопомех передается команда о параметрах создаваемых помех и угловой ориентации на объект радиоподавления и на область пространства местоположения объекта радиоподавления на заданный интервал времени. Устройство угловой ориентации антенны первого передатчика станции радиопомех ориентирует антенну на объект радиоподавления, а устройство угловой ориентации антенны второго передатчика ориентирует антенну в направлении пространства местоположения объекта радиоподавления. Радиопомехи первого передатчика непосредственно поступают на антенны приемных устройств потребителей ГНСС, а от второго передатчика после отражений от местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения объекта радиоподавления и многолучевого распространения радиоволн. Таким образом, обеспечиваются многочисленные направления прихода помех на антенны приемных устройств потребителей ГНСС.

При перемещении носителей приемных устройств потребителей ГНСС по информации от станции разведки уточняется местоположение объекта радиоподавления и, соответственно, уточняются ориентации антенн передатчиков помех. Таким образом, обеспечивается непрерывность воздействия помех.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Совокупность вновь введенных элементов и связей вместе с остальными элементами и связями комплекса не следует явным образом из уровня техники. Отсутствуют какие-либо источники информации, в которых указанная совокупность элементов и связей самостоятельно или в совокупности с остальными элементами и связями предлагаемого комплекса была бы описана. Это позволяет считать заявляемый комплекс новым и имеющим изобретательский уровень.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства. Использование изобретения обеспечивает повышение эффективности радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке средств радиоэлектронного подавления (РЭП) приемных устройств аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в частности, размещаемых на кораблях, самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах, в системах высокоточного оружия. Технический результат состоит в повышении эффективности подавления. Для этого дополнительно, в станцию радиопомех введен второй передатчик радиопомех с устройством угловой ориентации антенны в направлении местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения объекта радиоподавления, за счет отражений и многолучевого распространения радиоволн обеспечиваются многочисленные направления прихода помех на антенны приемных устройств потребителей ГНСС. При этом поляризация антенны второго передатчика ортогональная - противоположного направления вращения - по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС. 1 з.п. ф-лы.

1. Комплекс создания радиопомех аппаратуре потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), содержащий соединенные линиями связи станцию разведки для обнаружения и определения местоположения объекта радиоподавления, пункт управления, прогнозирующий на заданный интервал времени область пространства местоположения объекта радиоподавления, и станцию радиопомех с устройством угловой ориентации антенны передатчика радиопомех в направлении объекта радиоподавления, отличающийся тем, что дополнительно в станцию радиопомех введен второй передатчик радиопомех с устройством угловой ориентации антенны в направлении местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения объекта радиоподавления, при этом по линии связи с пункта управления на станцию радиопомех передается команда о параметрах создаваемых помех и угловой ориентации на объект радиоподавления и на область пространства местоположения объекта радиоподавления на заданный интервал времени.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что поляризация антенны второго передатчика радиопомех ортогональная - противоположного направления вращения по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС, а ширина диаграммы направленности антенны обеспечивает одновременное облучение рассредоточенных в пространстве местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения объекта радиоподавления.