СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ МАСКИРОВКИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2020 года по МПК H04K3/00 

Изобретение относится к средствам и способам создания помех обнаружению и идентификации высокоскоростного объекта путем формирования пространственно-распределенной системы маскировки высокоскоростного объекта от средств поражения.

Эффективное решение задачи обнаружения и тем более распознавания высокоскоростных объектов, находящихся в некоторой области пространства, средствами радиолокационного наблюдения требует обеспечения достаточно высокого (порядка 20 дБ) соотношения «сигнал/шум». В то же время следует иметь в виду, что при наблюдении и сопровождении воздушных объектов с поверхности земли возможно действие помех как естественных, так и специально созданных.

В соответствии с решаемыми задачами обработка информации в радиолокационной станции (РЛС) наблюдения и сопровождения осуществляется в первичном и вторичном каналах. Первичный канал РЛС предназначен для обнаружения объекта и определения с требуемой точностью его координат на основе радиолокационной информации (отраженных сигналов). Вторичный канал служит для получения дополнительной информации от объекта (тип объекта, высота полета, т.п.). Отраженный сигнал от объекта, как правило, слабый и подвержен сильному влиянию помех. Следовательно, более уязвимым при воздействии организованных помех является первичный канал РЛС, в части обнаружения отраженного сигнала.

В настоящее время считается, что для защиты высокоскоростных объектов наиболее целесообразна постановка помех заградительного типа (шумовые, хаотические, импульсные, квазигармонические). Они резко сокращают время реакции постановщика помех, так как отсутствует необходимость в проведении «тонкого» анализа структуры радиосигналов. При наличии соответствующего энергетического потенциала обеспечивается гарантированный результат подавления.

Известен патент RU 2403586 C2, принятый за прототип, «Устройство радиолокационной защиты зоны поверхности от противорадиолокационных средств в заданный отрезок времени», опубликован 10.11.2010, в котором средство доставки радиолокационной защиты выполнено в виде выстреливаемого снаряда с уложенными в корпусе контейнерами с парашютами. Недостатки прототипа: защита не применима к высокоскоростному объекту; защита жестко привязана к территории и ограничена по времени.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности защиты (маскировки) высокоскоростного объекта от типовой РЛС наблюдения и сопровождения противника.

Для этого в способе формирования пространственно-распределенной системы маскировки высокоскоростного объекта от средств поражения, заключающемся в том, что предварительно перед полетом высокоскоростного объекта определяют область полета высокоскоростного объекта, на активном участке полета высокоскоростного объекта формируют пространственно-распределенную систему защиты высокоскоростного объекта на основе парашютируемых станций активных помех (САП), для чего каждую САП размещают на соответствующем парашюте и выпускают их на активном участке траектории полета высокоскоростного объекта для мгновенного раскрытия парашютов на высоте и постепенного снижения их, что позволяет высокоскоростному объекту с заданной вероятностью переместиться из одной точки в другую, при этом для определения количества САП во всех лучах системы радиоэлектронного противодействия (РЭП) определяют значения «сигнал/шум + помеха» по мощности входного сигнала q, сравнивают эту величину с пороговой величиной q_п, при q<q_п высокоскоростной объект считается замаскированным, в противном случае необходимо увеличение количества САП, выпускаемых одновременно, при этом САП выполнены с возможностью обеспечивать постановку помех заградительного типа.

На фиг. 1 представлена типовая траектория полета высокоскоростного объекта, которую условно можно разделить на две части: активный участок траектории и пассивный участок траектории.

На фиг. 2 показана система координат, в которой происходит движение высокоскоростного объекта. Движение высокоскоростного объекта происходит в геоцентрической системе координат. На фиг. 2 приняты следующие обозначения и сокращения:

1. Высокоскоростной объект (ВО).

2. Пассивный участок траектории (ПУТ).

3. Активный участок траектории (АУТ).

4. Центр масс (ЦМ).

5. Точка старта.

На фиг. 3 представлен пример применения парашютируемых САП.

На фиг. 4 показано движение парашюта при отсутствии дождя и ветра с учетом действия окружающей среды.

На фиг. 5 показан закон изменения скорости парашюта при отсутствии дождя и ветра с учетом действия окружающей среды.

На фиг. 6 показана зависимость необходимого количества САП от дальности подавления (зависимость показана в полулогарифмическом масштабе).

Под пространственно-распределенной системой защиты понимается набор средств радиоэлектронного противодействия (РЭП), обеспечивающих выполнение объектом защиты задачи с заданной вероятностью Р.

У такой задачи не существует однозначного решения, поскольку можно найти N траекторий, по которым объект может переместиться из т. А в т. Б. Для каждой траектории существует свой набор средств обнаружения, зачастую подвижных и маневренных, определяющих требования к системе защиты высокоскоростного объекта.

Для примера представлен расчет количества необходимых средств защиты от типовой РЛС ПРО морского базирования, поскольку она не является стационарной и ее координаты априори не известны.

Поскольку типовая РЛС ПРО морского базирования является многолучевой системой, необходимо затруднить работу канала обнаружения РЛС одновременно во всех лучах. Для этого предлагается сформировать пространственно-распределенную систему защиты на основе парашютируемых станций активных помех (САП).

Рассмотрим движение системы, представляющей собой груз (САП) и парашют, соединенные друг с другом посредством строп, в условиях отсутствия дождя и ветра с учетом сопротивления воздуха. Парашют раскрывается мгновенно на высоте у_0В и представляет собой полусферу радиуса R, заполненную воздухом (фиг. 3). Массой парашюта и строп пренебрегаем.

На парашют при его движении действуют две противоположно направленные силы: сила натяжения строп и сила сопротивления воздуха.

На САП также действуют две противоположно направленные силы: силы тяжести и силы натяжения строп.

Тогда второй закон Ньютона для такой системы можно записать в виде

где m_п - масса парашюта;

m - масса САП;

F_н - сила натяжения строп;

F_c - сила сопротивления воздуха.

Сила сопротивления воздуха равна

где с_х - коэффициент лобового сопротивления;

ρ_в - плотность воздуха;

F - мидель парашюта.

Масса парашюта равна

Подставляя (2) и (3) в (1) и учитывая, что F=πR², получаем

Выражая силу натяжения строп парашюта из второго уравнения системы (4), подставляя в первое уравнение системы (4) и выполнив несложные преобразования, получаем закон движения парашюта

где

Т₀=300 К - температура на уровне моря;

- плотность воздуха при у=0.

Получено нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка. Его численное решение с использованием метода Рунге-Кутта при начальных условиях у(0)=2 км и ν(0)=0 приводит к следующим результатам (см. фиг. 4 и 5).

Нелинейный закон изменения скорости обусловлен нелинейным увеличением плотности воздуха с уменьшением высоты.

Таким образом, из фиг. 4 следует, что время эффективного подавления в процессе снижения парашюта составляет порядка 600 секунд, что на порядок превышает время полета высокоскоростного объекта на активном участке траектории (≈70 секунд).

Для определения необходимого количества САП для уменьшения дальности обнаружения РЛС одновременно во всех лучах диаграммы направленности антенны (ДНА) предлагается следующий методический подход.

При оценке дальности подавления применятся пороговая схема обнаружения высокоскоростного объекта: осуществляется сравнение расчетной величины отношение сигнал/шум + помеха по мощности на входе приемника РЛС q с пороговой величиной q_п, равной 10 при работе РЛС в режиме обнаружения:

q≤q_п,

Если q меньше q_п, высокоскоростной объект считается замаскированным, вероятность обнаружения полагается равной 0. В противном случае объект считается обнаруженным (маскировки нет) и вероятность обнаружения принимается равной 1. За дальность подавления РЛС принимается дальность подавления, на которой q=q_п.

При применении в РЛС согласованной фильтрации сигналов отношение сигнал/шум + помеха на входе приемных устройств в условиях воздействия активных помех рассчитывается по формуле:

где Е - энергия отраженного от высокоскоростного объекта сигнала на входе приемника;

N - эквивалентная спектральная плотность мощности внутренних шумов приемника;

N_П - спектральная плотность мощности помехи на входе приемника РЛС;

Р_ср - средняя мощность излучения;

Т - период повторения импульсов;

G - коэффициент направленного действия (коэффициент усиления) антенны РЛС;

σ - ЭПР высокоскоростного объекта;

λ - длина волны излучаемого сигнала (среднее значение);

η - потери сигнала на передачу и прием;

R - дальность от РЛС до высокоскоростного объекта.

Спектральная плотность мощности помехи на входе приемника РЛС, воздействующей по боковому лепестку их ДНА, определяется по формуле:

где Э - эквивалентная (на выходе антенны САП) спектральная плотность мощности помехи;

η_П - потери помехи при приеме;

η_ПОЛ - поляризационные потери помехи;

R_П - расстояние от передатчика помех до РЛС;

N_б - уровень бокового лепестка ДНА РЛС.

Величина Э оценивается по формуле:

где Р_П - мощность помехи на входе антенно-фидерного устройства (АФУ) САП;

G_П - коэффициент усиления АФУ САП;

N_САП - количество САП;

ΔF - ширина полосы помехи (советует ширине полосы зондирующего сигнала РЛС).

Исходя из типа защищаемого объекта (например, известны ТТХ типовой РЛС ПРО морского базирования, приведенные в Ненартович Н.Э., Горевич Б.Н. «Система противоракетной обороны США. Анализ и моделирование», Москва, ПАО «НПО «Алмаз», 2018, 320 стр.), зададим ЭПР σ=0,01 м², а диапазон дальностей обнаружения РЛС - от 10³ до 5⋅10⁵ м

На фиг. 6 представлен результат проведенного расчета - зависимость необходимого количества САП от дальности подавления. Из фиг. 6 следует, что 100 парашютируемых САП способны замаскировать высокоскоростной объект на дальностях от 7,5⋅10³ до 5⋅10⁵ м.

Пространственно-распределенная системы защиты высокоскоростного объекта на основе парашютируемых САП позволяет эффективно защитить высокоскоростной объект от типовой РЛС наблюдения и сопровождения.

Изобретение относится к средствам и способам создания помех и может быть использовано для формирования пространственно-распределенной системы маскировки высокоскоростного объекта от средств поражения. Технический результат - повышение эффективности маскировки высокоскоростного объекта от типовой РЛС наблюдения и сопровождения противника. В способе формирования пространственно-распределенной системы маскировки высокоскоростного объекта от средств поражения предварительно перед полетом высокоскоростного объекта определяют область полета высокоскоростного объекта, на активном участке полета высокоскоростного объекта формируют пространственно-распределенную систему защиты высокоскоростного объекта на основе парашютируемых станций активных помех (САП), выполненных с возможностью постановки заградительной помехи. Каждую САП размещают на соответствующем парашюте и выпускают их на активном участке траектории полета высокоскоростного объекта для мгновенного раскрытия парашютов на высоте и постепенного снижения их, что позволяет высокоскоростному объекту с заданной вероятностью переместиться из одной точки в другую, при этом для определения количества САП во всех лучах системы радиоэлектронного противодействия (РЭП) определяют значения «сигнал/шум + помеха» по мощности входного сигнала q, сравнивают эту величину с пороговой величиной q_п, при q<q_п высокоскоростной объект считается замаскированным, в противном случае необходимо увеличение количества САП, выпускаемых одновременно. 6 ил.

Способ формирования пространственно-распределенной системы маскировки высокоскоростного объекта от средств поражения, заключающийся в том, что предварительно перед полетом высокоскоростного объекта определяют область полета высокоскоростного объекта, отличающийся тем, что на активном участке полета высокоскоростного объекта формируют пространственно-распределенную систему защиты высокоскоростного объекта на основе парашютируемых станций активных помех (САП), для чего каждую САП размещают на соответствующем парашюте и выпускают их на активном участке траектории полета высокоскоростного объекта для мгновенного раскрытия парашютов на высоте и постепенного снижения их, что позволяет высокоскоростному объекту с заданной вероятностью переместиться из одной точки в другую, при этом для определения количества САП во всех лучах системы радиоэлектронного противодействия (РЭП) определяют значения «сигнал/шум + помеха» по мощности входного сигнала q, сравнивают эту величину с пороговой величиной q_п, при q<q_п высокоскоростной объект считается замаскированным, в противном случае необходимо увеличение количества САП, выпускаемых одновременно, при этом САП выполнены с возможностью обеспечивать постановку помех заградительного типа.