Пространственно-распределенная система радиопомех на беспилотных летательных аппаратах Российский патент 2023 года по МПК G01S7/38 G01S19/21 H04K3/00 

Изобретение относится к области радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для радиоподавления средств радиосвязи.

Известна система постановки помех мобильным пунктам радиосвязи со сверхширокополосными сигналами [1], которая может быть использована в качестве прототипа. Система представляет собой сфокусированную антенную решетку, излучатели которой расположены на N действующих в группе БПЛА, синхронизация которых осуществляется от БПЛА-облучателя, вынесенного на некоторое расстояние от группы, а фокусировка антенной решетки на источник радиоизлучения (ИРИ) - объект радиоподавления осуществляется автоматически путем задержки сигнала ИРИ, принятого и ретранслированного в виде радиопомехи каждым из N БПЛА, чем обеспечивается синхронный приход радиопомеховых сигналов всех N БПЛА в точку расположения ИРИ. При этом на каждом из N БПЛА размещена станция радиопомех, содержащая приемную антенну, последовательно соединенную с приемником, который, в свою очередь, соединен со схемой задержки, которая соединена с оконечным усилителем, соединенным с передающей антенной, и вычислитель, ко входам которого подключены приемник, приемник линии синхронизации и приемник спутниковой навигационной системы, а выход вычислителя соединен со схемой задержки. На БПЛА-облучателе размещена станция управления, содержащая генератор тактовых импульсов, соединенный с передатчиком линии синхронизации, приемник спутниковой навигационной системы, также соединенный с передатчиком линии синхронизации, который соединен с передающей антенной линии синхронизации.

Недостатками этой системы являются следующее:

- система обеспечивает постановку только ретрансляционных радиопомех в ответ на излучение сигнала ИРИ и не позволяет осуществлять радиоподавление неизлучающих радиоприемных устройств прицельной по пространству радиопомехой по внешнему целеуказанию;

- система работает в некогерентном режиме, обеспечивая только синхронность прихода в точку расположения ИРИ радиопомеховых сигналов, излученных станциями радиопомех каждого из N БПЛА, и не учитывает фазу излученных помеховых сигналов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение работы системы радиопомех в режиме постановки прицельной по пространству когерентной радиопомехи по целеуказанию от наземного пункта управления.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известную станцию радиопомех, размещенную на каждом из N БПЛА (апертурном БПЛА) дополнительно введены согласованный фильтр, фазовращатель и коммутатор, а в качестве передающей антенны и приемной антенны используются передающая и приемная антенные решетки, имеющие следующие соединения: выходы приемной антенной решетки соединены с входами приемника, у которого один из выходов соединен с одним их входов коммутатора, другой выход с одним из входов вычислителя, выход приемника ГНСС соединен с одним из входов вычислителя, антенна линии синхронизации соединена с входом приемника линии синхронизации, у которого один из выходов соединен с одним из входов коммутатора, другой выход соединен с входом согласованного фильтра, выход которого соединен с одним из входов вычислителя, у которого на один из входов поступают значения пилотажных параметров от инерциальной навигационной системы (ИНС) БПЛА, один из выходов соединен с одним из входов коммутатора, другой выход соединен с одним из входов схемы задержки, третий выход соединен с одним из входов фазовращателя, а четвертый выход соединен с одним из входов передающей антенной решетки, выход коммутатора соединен с одним из входов схемы задержки, выход которой соединен с одним из входов фазовращателя, выход которого соединен с входом оконечного усилителя мощности, выход которого соединен с одним из входов передающей антенной решетки, а в известную станцию управления, размещенную на БПЛА-облучателе, дополнительно введены генератор псевдослучайной последовательности, устройство целеуказания, имеющие следующие соединения: выход генератора тактовых импульсов соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации, выход приемника ГНСС соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации, вход устройства целеуказания соединен с выходом командной линии управления БПЛА-облучателя, у которого вход соединен с приемной антенной БПЛА-облучателя, выход устройства целеуказания соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации, выход которого соединен с передающей антенной линии синхронизации.

Сущность изобретения поясняется рисунками.

На фиг. 1 приведена структурная схема пространственно-распределенной системы радиопомех на БПЛА, на фиг. 2 приведена структурная схема станции управления 4, размещенной на БПЛА-облучателе 1, на фиг. 3 приведена структурная схема станции радиопомех 5, размещенной на каждом из N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N.

Пространственно-распределенная система радиопомех на беспилотных летательных аппаратах состоит из станции радиопомех 5, размещенной на каждом из N апертурных БПЛА 2_n, где n=1, 2, …, N, станции управления 4, размещенной на БПЛА-облучателе 1, и объекта радиоподавления 3 (фиг. 1).

Станция управления 4, размещенная на БПЛА-облучателе 1, состоит из генератора тактовых импульсов 4.1, генератора псевдослучайной последовательности 4.2, приемника ГНСС 4.3, устройства целеуказания 4.5, передатчика линии синхронизации 4.4 и передающей антенны линии синхронизации 4.6 (фиг. 2).

Элементы станции управления 4, размещенной на БПЛА-облучателе 1, имеют следующие соединения. Выход генератора тактовых импульсов 4.1 соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности 4.2, выход которого соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации 4.4. Выход приемника ГНСС 4.3 соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации 4.4. Вход устройства целеуказания соединен с выходом командной линии управления 1.1 БПЛА-облучателя 1, у которого вход соединен с приемной антенной 1.2 БПЛА-облучателя 1. Выход устройства целеуказания 4.5 соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации 4.4, выход которого соединен с передающей антенной линии синхронизации 4.6 (фиг. 2).

Станция радиопомех 5, размещенная на каждом из N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N, состоит из приемной антенны линии синхронизации 5.10, приемника линии синхронизации 5.6, согласующего фильтра 5.2, коммутатора 5.7, приемника ГНСС 5.1, приемной антенной решетки 5.11, приемника 5.4, схемы задержки 5.8, фазовращателя 5.9, оконечного усилителя мощности 5.5, передающей антенной решетки 5.12 (фиг. 3).

Элементы станции радиопомех 5, размещенной на каждом из N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N, имеют следующие соединения. Выходы приемной антенной решетки 5.11 соединены со входами приемника 5.4, у которого один из выходов соединен с одним их входов коммутатора 5.7, другой выход соединен с одним из входов вычислителя 5.3. Выход приемника ГНСС 5.1 соединен с одним из входов вычислителя 5.3. Приемная антенна линии синхронизации 5.10 соединена с входом приемника линии синхронизации 5.6, у которого один из выходов соединен с одним из входов коммутатора 5.7, другой выход соединен с входом согласованного фильтра 5.2, выход которого соединен с одним из входов вычислителя 5.3, у которого на один из входов поступают значения пилотажных параметров (курс, крен, тангаж) от ИНС БПЛА 2.1, один из выходов соединен с одним из входов коммутатора 5.7, другой выход соединен с одним из входов схемы задержки 5.8, третий выход соединен с одним из входов фазовращателя 5.9, а четвертый выход соединен с одним из входов передающей антенной решетки 5.12. Выход коммутатора 5.7 соединен с одним из входов схемы задержки 5.8, выход которой соединен с одним из входов фазовращателя 5.9, выход которого соединен с входом оконечного усилителя мощности 5.5, выход которого соединен с одним из входов передающей антенной решетки 5.12 (фиг. 3).

Пространственно-распределенная система радиопомех на беспилотных летательных аппаратах работает в двух режимах: «Ответная помеха» и «Прицельная помеха».

Работа в режиме «Ответная помеха».

С наземного пункта управления (на фиг. 2 не показан) на БПЛА-облучатель 1 на частоте f_у подается команда «Ответная помеха», которая поступает на приемную антенну 1.2 и через командную линию управления 1.1 передается в станцию управления 4 на устройство целеуказания 4.5. В устройстве целеуказания 4.5 осуществляется преобразование этой команды в двоичный информационный код и передача его на второй вход передатчика линии синхронизации 4.4. Приемник ГНСС 4.3 определяет координаты БПЛА-облучателя 1 и в виде двоичного информационного кода передает их на третий вход передатчика линии синхронизации 4.4. На первый вход передатчика линии синхронизации 4.4 от генератора псевдослучайной последовательности 4.2 поступает импульсная псевдослучайная последовательность (ПСП), тактированная импульсами от генератора тактовых импульсов 4.1. В передатчике линии синхронизации 4.4 осуществляется объединение поступившей информации в единый информационный поток, который суммируется по модулю «2» с импульсами ПСП, в результате чего формируется модулирующий сигнал. На выходе передатчика линии синхронизации 4.4 формируется усиленный фазокодоманипулированный (ФКМ) сигнал на частоте f₀, манипулированный по закону модулирующего сигнала, который излучается антенной линии синхронизации 4.6.

На n-ом апертурном БПЛА 2_n, n=1, …, N, ФКМ сигнал от БПЛА-облучателя 1 на частоте f₀ поступает в станцию помех 5, где принимается приемной антенной линии синхронизации 5.10 и поступает в приемник линии синхронизации 5.6, где усиливается по высокой частоте (ВЧ), переносится на нулевую промежуточную частоту и преобразуется в цифровые отсчеты. Усиленный по ВЧ сигнал с первого выхода приемника линии синхронизации 5.6 поступает на первый вход коммутатора 5.7. Цифровые отсчеты сигнала со второго выхода приемника линии синхронизации 5.6 поступают на вход согласованного фильтра 5.2, где осуществляется согласованная обработка ФКМ сигнала и выделение информационного потока, который с выхода согласованного фильтра 5.2 поступает на первый вход вычислителя 5.3. В вычислителе 5.3 осуществляется декодирование команды «Ответная помеха» и формирование на первом выходе вычислителя 5.3 сигнала управления, поступающего на третий вход коммутатора 5.7, в результате чего коммутатор 5.7 на свой выход пропускает ВЧ сигнал ИРИ, поступающий на второй вход коммутатора 5.7 с первого выхода приемника 5.4, куда он поступает с выходов приемной антенной решетки 5.11 на частоте f_п. Кроме того, в вычислителе 5.3 осуществляется измерение задержки импульсов информационного потока БПЛА-облучателя относительно шкалы времени внутреннего тактового генератора n-го апертурного БПЛА , а также декодирование информации о координатах БПЛА-облучателя 1 и информации о координатах самого n-го апертурного БПЛА , поступающей от приемника ГНСС 5.1 на второй вход вычислителя 5.3. На основании этой информации в вычислителе 5.3 рассчитывается значение задержки

,

где с - скорость света, и вычисляется значение временного сдвига
, на которое осуществляется сдвиг шкалы времени внутреннего тактового генератора вычислителя 5.3, чем достигается синхронизация шкал времени всех N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N. Сигнал, излучаемый объектом радиоподавления 3 на частоте f_п, принимается приемной антенной решеткой 5.11 и поступает на входы приемника 5.4, где осуществляется его усиление по ВЧ, обнаружение факта излучения ИРИ и определение направления прихода сигнала ИРИ. В момент обнаружения сигнала на втором выходе приемника 5.4 формируется импульс обнаружения сигнала ИРИ и информация о направлении прихода сигнала ИРИ, поступающие на четвертый выход вычислителя 5.3. В вычислителе 5.3 определяется время прихода сигнала ИРИ по внутренней скорректированной шкале времени n-го апертурного БПЛА. На основании измеренного значения вычисляется значение задержки , где - длительность ПСП, которое со второго выхода вычислителя 5.3 подается в качестве управляющего сигнала на второй вход схемы задержки 5.8. В режиме «Ответная помеха» на третьем выходе вычислителя 5.3 формируется управляющий сигнал , поступающий на второй вход фазовращателя 5.9, а на четвертом выходе вычислителя 5.3 на основании информации о направлении прихода сигнала ИРИ и значений пилотажных параметров (курс, крен, тангаж), поступающей от ИНС БПЛА 2.1 на первый вход вычислителя 5.3, формируется управляющий сигнал, поступающий на один из входов передающей антенной решетки 5.12, в соответствии с которым диаграмма направленности передающей антенной решетки 5.12 ориентируется в направлении на ИРИ. В результате, ВЧ сигнал ИРИ, принятый приемной антенной решеткой 5.11 на частоте f_п и усиленный в приемнике 5.4, с первого выхода приемника 5.4 через коммутатор 5.7 поступает на вход схемы задержки 5.8, где задерживается на величину и далее с выхода схемы задержки 5.8 поступает на первый вход фазовращателя 5.9, который в этом режиме оставляет фазу сигнала без изменений. С выхода фазовращателя 5.9 сигнал поступает на оконечный усилитель 5.5, где усиливается по мощности и далее излучается передающей антенной решеткой 5.12 на частоте f_п, в направлении на ИРИ в виде ответной радиопомехи.

В итоге, в режиме «Ответная помеха» в точке расположения ИРИ - объекта радиоподавления обеспечивается синхронный по времени приход ответной радиопомехи на частоте сигнала ИРИ от каждого n-го апертурного БПЛА с одинаковой задержкой равной , чем обеспечивается увеличение уровня радиопомехи в раз, где - коэффициент усиления передающей антенной решетки 5.12.

Работа в режиме «Прицельная помеха».

С наземного пункта управления (на фиг. 2 не показан) на БПЛА-облучатель 1 на частоте f_у передается команда «Прицельная помеха», координаты объекта радиоподавления 3 (точки фокусирования сфокусированной антенной решетки) и значение частоты f_п, на которой должно осуществляться радиоподавление, которые поступают на приемную антенну 1.2 и через командную линию управления 1.1 передаются в станцию управления 4 на устройство целеуказания 4.5.

В устройстве целеуказания 4.5 осуществляется преобразование этой команды и информации в двоичный информационный код и трансляция его на второй вход передатчика линии синхронизации 4.4. На третий вход передатчика линии синхронизации 4.4 от приемника ГНСС 4.3 поступает двоичный информационный код координат БПЛА-облучателя 1. На первый вход передатчика линии синхронизации 4.4 от генератора псевдослучайной последовательности 4.2 поступает импульсная ПСП, тактированная импульсами от генератора тактовых импульсов 4.1. В передатчике линии синхронизации 4.4 осуществляется объединение информации со второго и третьего входов в единый информационный поток, который суммируется по модулю «2» с импульсами ПСП, в результате чего формируется модулирующий сигнал. На выходе передатчика линии синхронизации 4.4 формируется усиленный ФКМ сигнал на частоте f_п, манипулированный по закону модулирующего сигнала, который излучается передающей антенной линии синхронизации 4.6.

Во всех N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N, в режиме «Прицельная помеха» ФКМ сигнал от БПЛА-облучателя 1 на частоте f_п поступает в станцию помех 5, где принимается приемной антенной линии синхронизации 5.10 и поступает на вход приемника линии синхронизации 5.6, где усиливается по ВЧ, переносится на нулевую промежуточную частоту и преобразуется в цифровые отсчеты. Усиленный по ВЧ сигнал с первого выхода приемника линии синхронизации 5.6 поступает на первый вход коммутатора 5.7. Цифровые отсчеты сигнала со второго выхода приемника линии синхронизации 5.6 поступают на вход согласованного фильтра 5.2, где осуществляется согласованная обработка ФКМ сигнала и выделение информационного потока, который с выхода согласованного фильтра 5.2 далее поступает на первый вход вычислителя 5.3. В вычислителе 5.3 осуществляется декодирование команды «Прицельная помеха» и формирование на первом выходе вычислителя 5.3 сигнала управления, поступающего на третий вход коммутатора 5.7, в результате чего коммутатор 5.7 на свой выход пропускает ВЧ сигнал на частоте f_п, поступающий на первый вход коммутатора 5.7 с первого выхода приемника линии синхронизации 5.6. Кроме того, в вычислителе 5.3 осуществляется декодирование информации о координатах БПЛА-облучателя 1, координатах объекта радиоподавления 3 (точки фокусирования сфокусированной антенной решетки) и информации о координатах самого n-го апертурного БПЛА 2_n, n=1, …, N, поступающей от приемника ГНСС 5.1 на третий вход вычислителя 5.3. На основании этой информации в вычислителе 5.3 рассчитывается значение задержки

,

где - длительность ПСП, с - скорость света, которое со второго выхода вычислителя 5.3 подается в качестве управляющего сигнала на второй вход схемы задержки 5.8, а также рассчитывается значение сдвига фазы

,

поступающее в качестве управляющего сигнала на второй вход фазовращателя 5.9. При этом неоднозначность фазы устраняется известным способом, изложенным в [2]. На четвертом выходе вычислителя 5.3 на основании информации о координатах объекта радиоподавления 3 (точки фокусирования сфокусированной антенной решетки), информации о координатах самого n-го апертурного БПЛА 2_n, n=1, …, N, и информации о значениях пилотажных параметров (курс, крен, тангаж), поступающих от ИНС БПЛА 2.1 на первый вход вычислителя 5.3, формируется управляющий сигнал, поступающий на один из входов передающей антенной решетки 5.12, в соответствии с которым диаграмма направленности передающей антенной решетки 5.12 ориентируется в направлении на объект радиоподавления 3.

В результате, ВЧ сигнал БПЛА-облучателя 1 на частоте f_п, принятый приемной антенной линии синхронизации 5.10 и усиленный в приемнике линии синхронизации 5.6 с первого выхода приемника линии синхронизации 5.6 через коммутатор 5.7 поступает в схему задержки 5.8, где задерживается на величину и далее поступает в фазовращатель 5.9, где осуществляется сдвиг фазы сигнала на величину . С выхода фазовращателя 5.9 задержанный и сфазированный сигнал поступает на оконечный усилитель мощности 5.5, где усиливается по мощности и далее излучается передающей антенной решеткой 5.12 на частоте f_п в направлении объекта радиоподавления 3 в виде прицельной радиопомехи. При этом осуществляется поляризационная развязка между передающей антенной решеткой 5.12 и приемной антенной линии синхронизации 5.10.

В итоге, в режиме «Прицельная помеха» в точке расположения ИРИ - объекта радиоподавления обеспечивается синхронный приход и синфазное сложение радиопомеховых сигналов на заданной частоте f_п от всех N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N, с одинаковой задержкой и одинаковой фазой , чем обеспечивается увеличение уровня помехи в раз, где - коэффициент усиления передающей антенной решетки 5.12.

Таким образом, предложенная пространственно-распределенная система радиопомех на беспилотных летательных аппаратах обеспечивает работу не только в режиме «Ответная помеха», в ходе которого формируется синхронная радиопомеха от всех N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N в ответ на излучение ИРИ на частоте сигнала ИРИ, что обеспечивает повышение уровня радиопомехи в раз, что в раз больше чем в системе - прототипе, но и в режиме «Прицельная помеха», в ходе которого формируется прицельная по пространству синхронная и синфазная радиопомеха на заданной частоте от всех N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N, что обеспечивает повышение уровня радиопомехи в точке расположения объекта радиоподавления в раз.

Источник информации.

1. Патент № 113019 РФ, МПК G01S 7/38. Система постановки помех мобильным пунктам радиосвязи со сверхширокополосными сигналами / Ю.Е. Сидельников (РФ), Д.А. Веденькин (РФ), С.В. Васильев (РФ); Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский технический университет им. А.Н. Туполева (РФ). - № 2011100711; заявлено 12.01.2011, опубл. 27.01.2012, бюл. № 3. - 5 с., 2 ил.

2. Патент № 2792720 РФ, МПК G04G 7/00. Способ синхронизации шкал времени в сети радиосвязи / Бабусенко С.И. (РФ); Кирюшкин В.В. (РФ); Красов Е.М. (РФ) и др.; Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (РФ). - №2022126552; заявлено 12.10.2022, опубл. 23.03.2023, бюл. № 9. - 15 с., 2 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для радиоподавления средств радиосвязи. Техническим результатом является обеспечение работы системы радиопомех в режиме постановки прицельной по пространству когерентной радиопомехи по целеуказанию от наземного пункта управления. Заявленная система на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) обеспечивает работу не только в режиме «Ответная помеха», в ходе которого формируется синхронная радиопомеха от всех N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N, в ответ на излучение ИРИ на частоте сигнала ИРИ, что обеспечивает повышение уровня радиопомехи в раз, но и в режиме «Прицельная помеха», в ходе которого формируется прицельная по пространству синхронная и синфазная радиопомеха на заданной частоте от всех N апертурных БПЛА 2_n, n=1, …, N, что обеспечивает повышение уровня радиопомехи в точке расположения объекта радиоподавления в раз. Система состоит из N апертурных БПЛА с размещенной станцией радиопомех и БПЛА-облучателя с размещенной станцией управления. В заявленную систему, размещенную на каждом из N БПЛА, дополнительно введены согласованный фильтр, фазовращатель и коммутатор, а в качестве передающей антенны и приемной антенны используются передающая и приемная антенные решетки. В станцию управления, размещенную на БПЛА-облучателе, дополнительно введены генератор псевдослучайной последовательности и устройство целеуказания. 3 ил.

Пространственно-распределенная система радиопомех на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), состоящая из N апертурных БПЛА с размещенной станцией радиопомех, имеющей приемную антенну, приемник, приемную антенну линии синхронизации, приемник линии синхронизации, приемник глобальной спутниковой навигационной системы (ГНСС), вычислитель, схему задержки, оконечный усилитель мощности, передающую антенну, и БПЛА-облучателя с размещенной станцией управления, имеющей приемник ГНСС, генератор тактовых импульсов, передатчик линии синхронизации, передающую антенну линии синхронизации, отличающаяся тем, что в состав станции радиопомех дополнительно введены согласованный фильтр, фазовращатель, коммутатор, а в качестве передающей антенны и приемной антенны используются передающая и приемная антенные решетки, имеющие следующие соединения: выходы приемной антенной решетки соединены с входами приемника, у которого один из выходов соединен с одним из входов коммутатора, другой выход с одним из входов вычислителя, выход приемника ГНСС соединен с одним из входов вычислителя, антенна линии синхронизации соединена с входом приемника линии синхронизации, у которого один из выходов соединен с одним из входов коммутатора, другой выход соединен с входом согласованного фильтра, выход которого соединен с одним из входов вычислителя, у которого на один из входов поступают значения пилотажных параметров от инерциальной навигационной системы (ИНС) БПЛА, один из выходов соединен с одним из входов коммутатора, другой выход соединен с одним из входов схемы задержки, третий выход соединен с одним из входов фазовращателя, а четвертый выход соединен с одним из входов передающей антенной решетки, выход коммутатора соединен с одним из входов схемы задержки, выход которой соединен с одним из входов фазовращателя, выход которого соединен с входом оконечного усилителя мощности, выход которого соединен с одним из входов передающей антенной решетки, а в состав станции управления дополнительно введены генератор псевдослучайной последовательности, устройство целеуказания, имеющие следующие соединения: выход генератора тактовых импульсов соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации, выход приемника ГНСС соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации, вход устройства целеуказания соединен с выходом командной линии управления БПЛА-облучателя, у которой вход соединен с приемной антенной БПЛА-облучателя, выход устройства целеуказания соединен с одним из входов передатчика линии синхронизации, выход которого соединен с передающей антенной линии синхронизации.