CC BY
35
Dr Miljko Erić,
pukovnik, dipl. inž. dr Aleksandar Kostić,
pukovnik, dipl. in'.
Vojnotehnicki institut, Beograd
Rezime:
NADZOR VAZDUSNOG PROSTORA PASIVNIM MULTISENZORSKIM SISTEMIMA
UDC: 355.469.7 : 621.396.663
Za sprovodenje savremenih operacija, kako na operativno-strategijskom, tako i na tak-tickom nivou, izuzetno je va'no da se obezbedi kontinuirani nadzor vazdusnog prostora. Po-znato je da su aktivni radarski sistemi, na kojima se kod nas trenutno zasniva nadzor vazdusnog prostora, u ratnim uslovima veoma ranjivi i podlo'ni elektronskim i borbenim dejstvima protivnika, sto je u toku rata 1999. godine i prakticno potvrdeno. Kao alternativa aktivnim radarskim sistemima namece se koncept pasivnog nadzora vazdusnog prostora korišćenjem distribuiranih multisenzorskih sistema. Predmet sirih istra'ivanja predstavljaju tehnicka re-senja integrisanog multisenzorskog sistema za pasivan nadzor vazdusnog prostora, koji se sastoji od sledecih podsistema za nadzor vazdusnog prostora: na radio-gonimetarskom prin-cipu u frekvencijskom opsegu 20—3000 MHz, na zvukometrijskom principu, na principu vizu-elnih osmatrackih stanica, na termovizijskom i televizijskom principu. U ovom radu analizi-rani su opsti principi pasivnog nadzora vazdusnog prostora multisenzorskim sistemima i predlozena je tehnicka koncepcija radio-goniometarskog i zvukometrijskog podsistema. Kljucne reci: nadzor vazdusnog prostora, radio izvidanje, radio-goniometrisanje, radio-tehnicko iz-vidanje, zvukometrija, MUSIC metoda.
AIR SURVEILLANCE BY PASIVE MULTISENSOR SYSTEMS
Summary:
It is very important to provide continuous air surveillance in to realize modern operations on the operational-strategic level and tactical, as well. It is well known that active radar systems, on which air surveillance is based in our country, are very vulnerable in war times and susceptible to the electronic counter and combat attacks of the enemy, what is shown practically in 1999 war. Air surveillance by passive multi-sensor systems is a possible alternative to the air surveillance by the active radar systems. Subjects of our wider research are technical solutions of integrated multi-sensor systems for passive air surveillance which consists of the following subsystems: a subsystem for the air communication intelligence within the frequency range 20—3000 MHz based on intercept/direction finding principle, a subsystem for the air surveillance based on the acoustic intelligence, a subsystem for the air surveillance based on the station for the visual intelligence, a subsystem for air surveillance based on thermo-vision and television principle. General principles of air surveillance are presented, and the concepts of the subsystems for the air communication intelligence and acoustic intelligence are proposed in this paper.
Key words: air surveillance, communication inteligence, direction finding, acoustic inteligence, MUSIC method.
Uvod
Nadzor vazdu{nog prostora (Air Su-rrveilance) važna je delatnost za svaku državu i ima pored civilnog i vojni - bez-
bednosni znacaj. Pod nadzorom vazdu-{nog prostora podrazumeva se obezbeđe-nje i upotreba informacija o objektima u vazdu{nom prostoru radi sigurnog upra-vljanja vazdu{nim saobraćajem civilnih i
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
331
vojnih vazduhoplova i obezbeđenja suve-reniteta vazdusnog prostora države. Obezbeđuje sigurno razdvajanje i brzo sekvenciranje vazdusnog saobraćaja, nadzor na prilazima i granicama kao i na teritoriji države radi sprecavanja neovla-sćenog, namernog ili nenamernog naru-savanja bezbednosti vlastitog vazdusnog prostora. Nadzor vazdusnog prostora ob-uhvata: detekciju, utvrđivanje pozicije određivanjem koordinata letelice u prostora (visina leta ili nivo leta, geografska dužina i sirina, odnosno x i y koordinate u zadatom koordinatnom sistemu), odre-đivanje identifikacione kategorije letelice i upravljanje vazdusnim saobraćajem.
Za realizaciju nadzora vazdusnog prostora većina država ima jedinstveni distribuirani sistem nadzora koji omogu-ćava realizaciju navedenih procesa i funkcija. U miru, nadzor vazdusnog pro-stora vrsi se primenom aktivnih radarskih sistema (primarnih i sekundarnih) i odgo-varajućim racunarskim sistemima za ob-radu, prikazivanje i telekomunikacionim sistemima za distribuciju podataka o situ-aciji u vazdusnom prostora.
U ratu sistem za nadzor vazdusnog prostora postaje deo sistema za vođenje elektronskog rata. Radi preduzimanja pravovremenih odbrambenih i zastitnih mera u ratu i kriznim situacijama, sistem za nadzor vazdusnog prostora treba da na strategijskom nivou obezbedi pravovre-mene informacije o narusavanju vazdusnog prostora od strane potencijalnog protivnika otkrivanjem - detekcijom, praćenjem, lociranjem i identifikacijom letelica protivnika izvan i iznad teritorije države. Na taktickom nivou sistem treba da omogući neophodnu akviziciju za upravljanje vatrenim sistemima u protiv-
vazdusnoj odbrani, kao i stvaranje elek-tronske slike bojista (EOB - Electronic Order of Battle), na osnovu kojih se preduzimaju defanzivne mere zastite ili ofanzivne elektronske ili borbene protiv-mere kao sto je navođenje lovacke avija-cije i upravljanje raketnim sistemima oružja u sistemu PVO.
Poznato je da su aktivni radarski si-stemi, na kojima se kod nas zasniva sistem nadzora vazdusnog prostora, u rat-nim uslovima veoma ranjivi i podložni elektronskim i protivelektronskim borbe-nim dejstvima protivnika, sto je u toku rata 1999. godine i potvrđeno. Kao alterna-tiva aktivnim radarskim sistemima name-će se koncept nadzora vazdusnog prostora primenom distribuiranih pasivnih senzor-skih sistema. Mogućnost nadzora vazdu-snog prostora na pasivnom multisenzor-skom principu proistice iz cinjenice da va-zduhoplovi emituju (ili reflektuju) energi-ju u elektromagnetskom, vidljivom i in-fTacrvenom delu spektra, a takođe u toku leta generisu akusticke signale na osnovu kojih se mogu detektovati. Daljina na ko-joj se vazduhoplov može otkriti zavisi od udaljenosti, snage emitovanog zracenja, radarske refleksne povrsine, osetljivosti prijemnih senzora, uslova propagacije, uslova opticke vidljivosti, itd.
Osnovna prednost pasivnog principa nadzora vazdusnog prostora, u odnosu na aktivni princip koji se zasniva na kori-sćenju aktivnih radarskih sistema, je u tome sto pasivni senzori ne predstavljaju izvore elektromagnetskog zracenja koje kompromituje njihovu poziciju i rad, ci-me se protivniku smanjuje mogućnost za preduzimanje efikasnih elektronskih i borbenih protivmera, sto je izuzetno zna-cajno u ratnim i kriznim situacijama.
332
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
Pasivan princip nameće i određena ogranicenja. Otkrivanje - detekcija, loci-ranje, praćenje i identifikacija vazduho-plova na pasivnom principu moguća je samo onda kada se vazduhoplov nađe na dovoljnoj udaljenosti sa koje se može de-tektovati elektromagnetska ili akusticka energija koju vazduhoplov emituje u to-ku leta. Takođe, da bi se omogućilo loci-ranje odnosno praćenje trajektorije va-zduhoplova, neophodno je da pasivni si-stem bude distribuiran, sto znaci da su za određivanje lokacije na bilo kom pasivnom principu potrebni podaci sa vise prostorno distribuiranih stanica, za razli-ku od aktivnih radarskih sistema gde se jednim radarom može odrediti smer i udaljenost (lokacija) vazduhoplova.
U svetu su razvijeni i nalaze se u operativnoj upotrebi sistemi za nadzor va-zdusnog prostora na pasivnom multisen-zorskom principu. Takođe, razvijen je „MULTI-SENSOR GRIDS“ koncept koji podrazumeva primenu svih vrsta aktivnih i pasivnih senzora radi obezbeđenja si-multanog nadzora kompletnog vojista u geografskom smislu, a ne samo vazdu-snog prostora, sto podrazumeva: nadzor pod morem, na moru, na kopnu, u vazdu-snom prostoru i kosmosu. U posebnim multisenzorskim operativnim centrima vr-si se fuzija podataka dobijenih iz razlicitih pasivnih sistema sa podacima dobijenim od radarskih sistema. Na ovaj nacin stvara se integralna slika vojista u pogledu ras-poreda snaga i sredstava, kao i u elektron-skom smislu tj. u smislu zauzetosti i kori-sćenja elektromagnetskog spektra.
U miru bi se nadzor vazdusnog pro-stora i dalje dominantno zasnivao na pri-meni aktivnih radarskih sistema. U ratu
nadzor vazdusnog prostora primarno bi se zasnivao na korisćenju pasivnih siste-ma, s tim sto bi se aktivni sistemi uklju-civali samo povremeno i veoma kratko (par sekundi) i to radi potvrde slike sta-nja u vazdusnom prostoru koja je dobije-na multisenzorskim pasivnim sistemima.
Podsistem za pasivan nadzor vazdusnog prostora na radio-goniometarskom principu u frekvencijskom opsegu 20-3000 MHz
Tehnicka koncepcija podsistema za nadzor vazdusnog prostora na radio-gonio-metarskom principu zasniva se na ostvare-nim rezultatima i tehnickim resenjima koja su razrađena i verifikovana kroz prototip-ski razvoj radio-goniometara za VFF/UVF opseg 20-500 MHz koji je razvijen u VTI i usvojen u NVO pod nazivom RGK-2/3, kao i na iskustvima u primeni tog prototipa u toku rata 1999. godine.
Vazduhoplovi kao izvori elektromagnetskog zra~enja
Vazduhoplovi, kao izuzetno složeni i skupi tehnicki sistemi, kada su u vazdu-snom prostoru, uvek su deo jos složenijeg tehnickog sistema u okviru kojeg postoji potreba za razmenom komandi i informa-cija (komunikacija sa kontrolom leta, sa komandnim centrima na zemlji i u vazdu-snom prostoru, između vazduhoplova, sa elementima na zemlji na operativnom i taktickom nivou itd.) pri cemu se, zbog mobilnosti vazduhoplova, ona ostvaruje korisćenjem tehnike radio-komunikacija. Pri tome, jasno je da je potreba za korisće-
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
333
njem navedenih sredstava u korelaciji sa složenošću i cenom vazduhoplova. Ko-munikacijom se razmenjuju navigacioni, meteorološki i izvilacki podaci, analogni i digitalizovani govor, video-signal. Teh-nike prenosa koje se koriste su: AM mo-dulacija (analogni govor), fTekvencijsko skakanje, direktna sekvenca, hibridne teh-nike (frekvencijsko skakanje + direktna sekvenca), FM, FSK. U pogledu raspode-le korisnickih kanala koriste se FDMA, TDMA i CDMA koncepti. Pojedini fre-kvencijski opsezi su standardizovani za vazduhoplovne radio-komunikacije (npr. 110-157 MHz, 225-400 MHz). Pored toga za vazduhoplovne komunikacije taktic-ke namene koristi se i opseg 30-88 MHz. Za veze sa udaljenim komandnim centri-ma koristi se i VF opseg od 2-30 MHz. Pri uskopojasnom single carrier prenosu tipicne širine kanala su 3 i 25 kHz.
Urelaji za identifikaciju (IFF -Identification Friend or Foe) predstavlja-ju poseban podsistem i na civilnim i na vojnim vazduhoplovima. On omogućava na aktivnom ili poluaktivnom principu identifikaciju vazduhoplova od strane kontrole leta, zemaljskih borbenih siste-ma na taktickom nivou, vlastitih sistema za nadzor vazdušnog prostora, kao i vla-stitih vazduhoplova. Za IFF sisteme stan-dardizovane su i koriste se dve frekven-cije i to 1030 i 1090 MHz.
Vazduhoplovi vojne borbene name-ne opremljeni su razlicitim aktivnim ra-darskim sistemima za akviziciju i praće-nje ciljeva u vazdušnom prostoru, kao sistemima za aktivno volenje raketa ma-log, srednjeg i velikog dometa, o cemu u ovom radu neće biti detaljnije reci.
Korišćenjem komunikacionih, navi-gacionih, radarskih urelaja, urelaja za
identifikaciju i aktivno navolenje, va-zduhoplovi posredno postaju izvor elek-tromagnetskog zracenja na osnovu kojeg se na pasivnom principu mogu otkriti u vazdušnom prostoru.
Konceptpodsistema za pasivan nadzor vazdusnog prostora na radio-goniometarskom principu
Podsistem za pasivan nadzor vazdu-šnog prostora na radio-goniometarskom principu treba da omogući otkrivanje -detekciju vazduhoplova sa verovatnoćom bliskoj jedinici, njihovo lociranje i praće-nje trajektorije u 3-D vazdušnom prostoru na bazi prijema i analize radio-signala koji potice od izvora elektromagnetskog zracenja na vazduhoplovu. Podsistem se sastoji od više prostorno dislociranih ra-dio-goniometarskih stanica koje su uve-zane komunikacionim linkovima u jedin-stvenu radio-goniometarsku mrežu.
U oblasti teorije i prakse elektron-skog rata uobicajeno je da se izvilanje izvora elektromagnetskog zracenja koje potice od komunikacionih urelaja svrsta-va u COMINT - COMmunication INTe-ligence, dok se izvilanje svih drugih iz-vora elektromagnetskog zracenja (radari, sistemi za identifikaciju i drugi elektron-ski sistemi) svrstava u ELINT (ELectronic INTeligence) sisteme. U praksi se za-sebno realizuju COMINT a zasebno ELINT sistemi, pri cemu se fuzija infor-macija koje se dobijaju od jednog i dru-gog sistema vrši na višoj hijerarhijskoj ravni u upravljackim C4I stanicama.
U svetu se nalaze u upotrebi sistemi za pasivni nadzor vazdušnog prostora na principu izvilanja izvora elektromagnet-skog zracenja koje se emituje sa vazdu-
334
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
hoplova, koji pokrivaju frekvencijski op-seg od 200 MHz do 18 GHz i obezbedu-ju otkrivanje letelica na daljini do 500 km (npr. sistem VEGA i TAMARA). Ovi sistemi su tipa ELINT stanica i pri-marno su namenjeni za radio-tehnicko iz-vidanje, odnosno za izvidanje radara koji se koriste na vazduhoplovu.
U frekvencijskom opsegu od 20 MHz do 3000 MHz, koji je od posebnog interesa sa aspekta nadzora vazdusnog prostora, preklapaju se frekvencijski op-sezi rada COMINT i ELINT sistema, s obzirom da se ovaj frekvencijski opseg koristi za komunikacije, za radare i za IFF sisteme.
Frekvencijski opseg ELINT sistema tipicno je od 500 MHz do 18 GHz. Teh-nicka koncepcija ELINT sistema i stanica, tehnicka resenja antenskog i prijem-nog sistema kao i algoritmi za obradu signala optimizovani su za efikasno pre-sretanje i izvidanje radarskih signala. S druge strane, za frekvencijski opseg 203000 MHz opciono (2-3000 MHz) u svetu se rade COMINT sistemi koji se sastoje od vise sirokopojasnih inter-cept/DF stanica uvezanih u mrežu, koje se po svojoj tehnickoj koncepciji pribli-žavaju tehnickoj koncepciji ELINT stanica jer su optimizovane za efikasno auto-matsko presretanje komunikacionih ra-dio-signala. Ove stanice omogućavaju odredivanje azimuta za prostorni sektor po elevaciji tipicno ±10° najvise ±25°. Ovo ogranicenje proistice iz primenjenih metoda za goniometrisanje (najcesće se koristi interferometarska ili metoda kore-lacione interferometrije). Iz navedenih raz-loga ove stanice se ne mogu primeniti za otkrivanje vazduhoplova u citavom 3-D prostornom sektoru koji je od interesa.
Na osnovu dosadasnjeg teorijskog i prakticnog iskustva, vlastitih rezultata is-traživanja i razvoja radio-goniometra RGK-2/3, iskustava stecenih u njegovoj primeni za vreme rata 1999. godine kao i iskustva u operativnoj upotrebi postoje-ćih sistema za nadzor vazdusnog prosto-ra, doslo se do saznanja da je u frekvencijskom opsegu 20 MHz do 3 GHz teh-nicki moguće i takticki opravdano da se funkcije COMINT i ELINT stanica inte-grisu u jedinstvenu radio-goniometarsku stanicu tipa SIGINT koja omogućava otkrivanje - detekciju, procenu smera de-tektovanih signala (azimuta i elevacije) u 3-D prostoru, procenu parametara detek-tovanih signala, praćenje izvora signala po smeru, kao i prepoznavanje i identifi-kaciju svih izvora elektromagnetskog zracenja (komunikacionih, radarskih, na-vigacionih, IFF). U takvoj radio-gonio-metarskoj stanici tipa SIGINT bile bi in-tegrisane i klasicne funkcije COMINT stanica (analiza, prepoznavanje, prijem i praćenje komunikacionih signala). Inte-gracijom funkcija COMINT-a i ELINT-a u istoj stanici, kroz fuziju podataka do kojih se dolazi kroz COMINT i ELINT funkcije, omogućava se pouzdanije otkrivanje i identifikacija letelica u vazdu-snom prostoru.
Generički model radio-goniometarske stanice za nadzor vazdusnogprostora na pasivnom principu na bazi metode MUSIC
Osnovni zahtev koji se postavlja pred radio-goniometarsku stanicu tipa SIGINT za pasivan nadzor vazdusnog prostora, je da verovatnoća presretanja signala u zadatom frekvencijskom opse-
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
335
gu i zadatom 3-D prostornom sektoru (klasicni uskopojasni, radarski, signali sa frekvencijskim skakanjem) bude {to bli-ža jedinici. Da bi se to obezbedilo, po-trebno je da radio-goniometarske stanice za nadzor vazdu{nog prostora budu tipa {irokopojasnih intercept/DF stanica koje vr{e prostorno-vremensko-frekvencijsku analizu signala u zadatom 3-D prostornom sektoru i zadatom frekvencijskom opsegu. Presretanje signala sa frekvencijskim skakanjem predstavlja vr{ni zahtev u pogledu performansi ove stanice.
Problem nadzora vazdu{nog prosto-ra na pasivnom radio-goniometarskom principu može se, u tehnickom smislu, formulisati kao problem prostorno-vre-mensko-frekvencijske analize superponi-ranih signala koji poticu od aktivnih emi-tera elektromagnetskog zracenja u zadatom frekvencijskom opsegu i zadatom 3-D prostornom sektoru. Kroz dosada{nja is-traživanja formulisan je i prakticno veri-fikovan generalizovani prostorno-vre-mensko-frekvencijski model superpozici-je radio-signala u zadatom prostornom sektoru, frekvencijskom opsegu i vre-menskom intervalu. Modelom su takode obuhvaćene i tehnike prenosa u pro{ire-nom spektru (spread spectrum tehnike -frekvencijsko skakanje i direktna sekven-ca). Predloženi matematicki model je pri-menjiv za modeliranje svih tipova COMINT i ELINT signala koji se emituju sa vazduhoplovnih platformi. Navedeni model bio je osnovica za razradu tehnickih re{enja radio-goniometra za VVF/UVF opseg i prakticno je verifikovan kroz is-pitivanja prototipa ovog goniometra.
Iz takvog matematickog modela proistice koncepcija generickog modela radio-goniometarske stanice tipa SIGINT
za nadzor vazdu{nog prostora, koja je prikazana na slici 1. Model stanice sasto-ji se od antenskog niza, vi{ekanalnog pri-jemnog sistema i signal procesorske plat-forme na kojoj se softverski implementi-raju algoritmi za detekciju, procenu sme-ra i procenu parametara primljenih signa-la. Procena parametara generalizovanog modela vr{i se na bazi metode MUSIC (MUltiple SIgnal Clasification).
Kroz dosada{nje istraživacko-raz-vojne projekte u VTI, a posebno kroz razvoj radio-goniometra RGK-2/3, stece-na su bogata teorijska i prakticna isku-stva vezana za metodu MUSIC. Tehnic-ko re{enje za procenu smera u goniome-tru RGK-2/3 zasniva se na primeni ove metode. U sklopu vlastitih istraživanja autora razvijeno je vi{e originalnih algo-ritama MUSIC tipa koji omogućavaju procenu parametara multikorisnickih spread spectrum signala sa direktnom se-kvencom i frekvencijskim skakanjem. MUSIC je visokorezoluciona metoda ko-ja je izvorno formulisana u prostornom domenu kao metoda za procenu smera dolaska superponiranih signala. Omogu-ćava procenu smerova dolaska vi{e su-perponiranih signala koji se preklapaju vremenski i spektralno, {to klasicne me-tode za goniometrisanje ne omogućavaju. To prakticno znaci da je proces procene smera otporan na ometanje sve dok uku-pan broj superponiranih signala koji se preklapaju vremenski i spektralno ne po-stane jednak broju antena u antenskom nizu. U ovom radu dati su neki primeri koji ilustruju karakteristike metode MUSIC. Na slici 2 dat je 3-D prikaz a na sli-ci 3 konturni prikaz procene azimuta i elevacije dolaska signala primenom metode MUSIC dobijen simulacijom.
336
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
VJ;
Sl. 2 — Procena azimuta i elevacije metodom MUSIC
Na slici 4 prikazani su rezultati pro-storno-frekvencijske analize superponira-nih radio-signala dobijenih primenom metode MUSIC. U zadatom frekvencij-
30 40 50 6 0 70 80 90
azimut
Sl. 3 — Kontura procene azimuta i elevacije meto-dom MUSIC
skom opsegu {irine 6,4 MHz aktivna su dva signala sa frekvencijskim skakanjem, jedan {irokopojasni signal koji simulira ometajući signal baražnog tipa i jedan
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
337
Sl. 4 — Procena smerova dolaska signala metodom MUSIC u prostorno-frekvencijskom domenu
harmonijski nosilac. Sa slike se vidi da se na bazi prostorno-frekvencijske anali-ze primenom metode MUSIC svi izbori mogu detektovati u prostorno-frekvencij-skoj ravni u uslovima kada se signali pre-klapaju vremenski i spektralno. Na osno-vu diskretnih tragova u prostorno-fre-kvencijskom domenu jasno se mogu identifikovati signali sa frekvencijskim skakanjem. Po kriterijumu smera dolaska vr{i se razvrstavanje hopova razli~itih hopera {to nije mogu}e uraditi u vremen-sko-frekvencijskom domenu, odnosno primenom klasi~nih goniometara.
Sistemski parametar od su{tinskog zna~aja za primenu metode MUSIC u ra-dio-goniometarskoj stanici za nadzor va-zdu{nog prostora vezan je za ta~nost od-re|ivanja smera ovom metodom. Na slici 5 dat je uporedni prikaz teorijske (Cra-mer-Raove) granice za standardnu devi-jaciju gre{ke procene azimuta i standard-
Sl. 5 — Uporedni prikaz teorijske Cramer-Raove granice za grešku procene i greške procene pri implementaciji metode MUSIC u MATLAB-u i signal-procesoru TMS320c30
ne devijacije gre{ke procene smera metodom MUSIC implementirane u MA-TLAB-u i na signal procesoru TMS-320c30 u prototipu radio-goniometra
338
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
RGK-2/3. Vidi se da za slucaj tri antene, za odnos signal/{um od 20 dB i za 1024 uzorka signala (10,24 ms) teorijska gra-nica tacnosti odre|ivanja azimuta je is-pod 0,1°. Implementacijom metode MUSIC na signal procesoru u istim uslovi-ma, tacnost se degradira za oko 0,05°. Kroz prakticnu realizaciju metode MUSIC do{lo se do saznanja da pri praktic-noj realizaciji metode MUSIC potencijal-ne performanse ove metode najvi{e de-gradiraju nesavr{enosti prijemnog i an-tenskog sistema. Na slici 6 dat je prikaz neodrelenosti lokacije emitera u funkciji udaljenosti i gre{ke odrelivanja smera. Pri teorijskoj Cramer-Raovoj granici gre-{ke odrelivanja smera, na udaljenosti od 120 km, neodrelenost lokacije je manja od 500 metara. Povećanjem broja antena u antenskom nizu, kao i povećanjem elektricnog otvora antenskog niza, može se postići zahtevana tacnost odrelivanja smera.
Praktična iskustva u goniometrisanju
vazduhoplovnih komunikacija
goniometrom RGK-2/3
U Vojnotehnickom institutu u perio-du 1996-2000. godine obavljen je proto-tipski razvoj radio-goniometra za VVF/UVF, opseg 20-500 MHz, u okviru kojeg je izralen i u realnim terenskim uslovima ispitan prototip radio-goniome-tra, koji je usvojen u NVO pod nazivom RGK-2/3. Na slici 7 prikazan je izgled prototipa radio-goniometra, [4]. Da bi mogao da se primeni za odrelivanje azimuta predajnika sa elevacijom postavlje-nom na vazduhoplovima, doradom soft-vera realizovana je mogućnost odreliva-nja elevacije. Polazeći od navedenih is-
Sl. 6 — Neodređenost lokacije u funkciji udaljenosti i greške u proceni azimuta
Sl. 7 - Prototip RGK-2/3
kustava radi kompletnog sagledavanja mogućnosti primene tehnickih re{enja ra-dio-goniometra za nadzor vazdu{nog
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
339
prostora, izvrseno je ispitivanje tacnosti određivanja azimuta za predajnik sa ele-vacijom i ispitivanje daljine otkrivanja vazduhoplova goniometrisanjem predaj-nika na vazduhoplovu.
Na slici 8 prikazan je snimak proce-ne azimuta i elevacije koji je dobijen goniometrisanjem radio-predajnika na heli-kopteru, pri cemu su stvarni azimut i ele-vacija helikoptera određivani na bazi po-dataka o poziciji helikoptera dobijenih od GPS prijemnika.
Sl. 8 — Snimak procene azimuta predajnika sa ele-vacijom postavljenog na helikopteru
Predlog strukture podsistema za nadzor vazdu{nog prostora na radio-goniometarskom principu
Podsistem za nadzor vazdusnog prostora na radio-goniometarskom prin-cipu sastoji se od vise stanica koje se prostorno dislociraju i koje su komunika-cionim linkovima uvezane u jedinstvenu goniometarsku mrežu. Stanice se realizu-ju tako da svaka od njih može da bude
upravljacka u goniometarskoj mreži. Od-ređivanje lokacije u 3-D prostoru bi se vrsilo na dva principa i to: triangulacijom smerova dolaska signala i presecanjem hiperpovrsina koje povezuju skup tacaka u 3-D prostoru sa istim relativnim vre-menskim kasnjenjem signala između pa-rova stanica. U prvom slucaju, za sto tac-niju procenu lokacije potrebna je sto tac-nija procena smera dolaska signala na svakoj od stanica. U drugom slucaju po-trebna je veoma precizna vremenska sin-hronizacija stanica.
U oba slucaja potrebno je precizno određivanje vlastitih lokacija stanica, kao i prostorni razmestaj stanica kojim se obezbeđuje optimalna goniometarska osnovica za triangulaciju. U istim uslovi-ma, princip lociranja na bazi merenja re-lativnog vremenskog kasnjenja ima bolje potencijalne performanse, ne zahteva posebnu kalibraciju visekanalnog prijem-nog sistema, ali je osetljiviji s obzirom na istokanalnu interferenciju i zahteva moćnije komunikacione linkove.
Da bi se smanjio informacioni pro-tok između stanica, na nivou svake stani-ce se vrsi filtriranje podataka o procenje-nim parametrima signala po nekom od definisanih kriterijuma kao sto su fre-kvencija, prostorni sektor, parametri mo-dulacije, impulsna frekvencija i sl.
Sistem za nadzor vazdusnog prosto-ra na pasivnom principu bi se sastojao od podsistema strategijske i vise podsistema operativno-takticke namene koji bi bili uvezani u jedinstvenu mrežu. Stanice podsistema strategijske namene bi se raz-mestale na pogodne lokacije za polusta-cionarni ili stacionarni rad. Ovaj podsi-stem bi omogućio nadzor vazdusnog pro-stora na strategijskoj dubini. Predlog
340
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
strukture podsistema strategijske namene prikazan je na slici 9.
Podsistem operativno-takticke namene bi omogućio nadzor vazdusnog prostora iznad vlastite teritorije tipicno 100 x 100 km. Ovaj podsistem bio bi prevashodno optimizovan za sto preci-znije određivanje lokacije i praćenje tra-jektorije letelica. Stanice ovog podsistema obavljale bi funkciju u stacionarnim, polustacionarnim i mobilnim uslovima.
Komunikacije između elemenata si-stema predstavljaju izuzetno delikatan segment sistema, zbog toga sto svojim radom mogu da demaskiraju rad sistema koji je pasivan. U tom smislu, poveziva-nje stanica u okviru strategijskog podsistema najbolje je izvesti na bazi optickog kabla, koji pored zastite od izviđanja i ometanja omogućava i velike brzine pre-nosa koje su neophodne za povezivanje ovih stanica. Stanice u podsistemu operativno-takticke namene, zbog zahteva za
mobilnost, povezuju se u bežicnu radio-mrežu koja se zasniva na korisćenju neke od tehnika radio-prenosa koja je otporna na izviđanje i ometanje.
Sprega podsistema za nadzor vazdusnog prostora na radio-goniometarskom principu sa podsistemom za radio-tehnicko izviđanje
Podsistem za nadzor vazdusnog pro-stora na radio-goniometarskom principu treba da bude funkcionalno integrisan i je-dinstven sa sistemom za radio-tehnicko izviđanje, i to na nivou stanica i na nivou sistema. Fuzijom informacija koje se do-bijaju na radio-goniometarskim stanicama i stanicama za radio-tehnicko izviđanje, omogućava se stvaranje potpune elektro-magnetske slike vazduhoplova na pasiv-nom principu i omogućava se njegovo po-uzdanije otkrivanje i identifikacija.
Sl. 9 — Struktura sistema za nadzor vazdusnog prostora na radio-goniometarskom principu na opera-
tivno-strategijskom nivou
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
341
Podsistem za nadzor vazdusnog
prostora na zvukometrijskom
principu
Podsistem za nadzor vazdusnog prostora na zvukometrijskom principu pred-stavlja jedan od perspektivnih elemenata integrisanog multisenzorskog sistema za pasivan nadzor vazdušnog prostora. Ovaj princip je posebno interesantan zbog ~i-njenice da vazduhoplovi u toku leta emi-tuju akusticke signale koji se teško mogu sakriti ili maskirati. Do sada kod nas nisu vršena istraživanja u ovoj oblasti, ali je, na osnovu dostupne literature poznato da se u svetu rade intenzivna istraživanja. Prema raspoloživim informacijama u Army Research Laboratory - SAD (teh-nicki institut oružanih snaga SAD) posto-ji istraživacki projekat iz ove oblasti. Ta-kođe, vrše se usavršavanja sistema „HALO" (sistem je razvijen u Engleskoj u „Roke Manor Research" kompaniji za potrebe lociranja artiljerijskih oruđa na zvukometrijskom principu) koja treba da omoguće primenu ovog sistema za otkri-vanje i lociranje helikoptera i radarski nevidljivih vazduhoplova na zvukometrijskom principu.
Na osnovu do sada obavljenih anali-za snimljenih akustickih signala, može se zakljuciti da vazduhoplovi u toku leta ge-nerišu akusticki signal u infrazvucnom i cujnom delu spektra. Iz literature je po-znato da infrazvuk ima daleko manje sla-bljenje pri propagaciji od cujnog dela spektra, i da se na bazi infrazvuka može vršiti detekcija vazduhoplova na udalje-nostima od par stotina kilometara.
Međutim, procenjuje se da je prava perspektiva primene zvukometrije u pa-sivnom nadzoru vazdušnog prostora ve-
zana za pokrivanje teritorije koja se nala-zi u radarskim maskama aktivnih radar-skih sistema, pri cemu se pod pokriva-njem podrazumevaju procesi detekcije -otkrivanja, određivanja koordinata, pra-ćenje trajektorije i automatska identifika-cija vazduhoplova koji lete podzvucnom brzinom i na visinama do 300 metara (helikopteri, niskoleteći avioni, bespilot-ne letelice, krstareće rakete, radarski „ne-vidljivi“ avioni sa primenjenom „stealth" tehnologijom za smanjenje radarskog od-raza, itd.).
Koncepcija podsistema za nadzor
vazdusnog prostora na
zvukometrijskom principu
Na osnovu dosadašnjih iskustava i raspoloživih saznanja, nameće se zaklju-cak da podsistem za nadzor vazdušnog prostora na zvukometrijskom principu treba da bude koncipiran kao distribuira-ni sistem ćelijskog (celularnog) tipa, koji se sastoji od više identicnih zvukometrij-skih stanica StZI VOJ koje su međusob-no povezane komunikacionim linkovima. Stanice se postavljaju tako da formiraju ćelijsku strukturu tipa paukove mreže ko-jom se pokriva određeni prostorni sektor. Međusobni razmak stanica je takav da akusticki signal koji se generiše pri letu vazduhoplova mogu da istovremeno de-tektuju najmanje 3 do 4 susedne stanice u sistemu tokom citave trajektorije leta va-zduhoplova unutar zadatog prostornog sektora. Da bi ovaj podsistem to omogu-ćio, on treba da ima osobine samoorgani-zujućeg rekonfigurabilnog sistema, da ima mogućnost obrade signala na svakoj od stanica i mogućnost međusobne raz-mene podataka posredstvom komunika-
342
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
cionih linkova. Na osnovu raspoloživih znanja i informacija iz informaciono-ko-munikacionih tehnologija procenjuje se da ovaj podsistem treba da bude koncipi-ran i implementiran kao distribuirani ADHOC senzorski sistem. Idejno re{enje koncepcije podsistema, koje }e biti pred-met daljih istraživanja, prikazano je na slici 10. Procenjuje se, takode, da ovaj podsistem može da bude veoma efikasan za za{titu državne granice kako u dnev-nim tako i u no}nim uslovima.
Zaključak
Predloženi koncept podsistema za nadzor vazdu{nog prostora na radio-go-niometarskom principu u frekvencijskom opsegu 20-3000 MHz, i podsistema na zvukometrijskom principu, koji je u
ovom radu prikazan u osnovnim crtama, u potpunosti se mogu realizovati u na{im uslovima na bazi dostupnih tehnologija i vlastitih znanja. Kroz dosada{nje istraži-vacke i razvojne projekte u oblasti siste-ma za elektronski rat u VTI, a pogotovu kroz razvoj radio-goniometra RGK-2/3, stecena su dragocena i upotrebljiva znanja i iskustva koja to potvrduju.
Literatura:
[1] Schmidt R.: Multiple emitter location and signal parameter estimation, IEEE Trans. on Ant. and Prop., Vol. AP-34, No. 3., March 1986.
[2] Eri}, M.: Prostorno-frekvencijska analiza radio-frekvencij-skog spektra, doktorska disertacija, Fakultet tehnickih nau-ka, Novi Sad, 1999.
[3] Eric, M.; Lipovac, L.; Gordie, R.; Lazovic, M.; Kostic, A.; Jolkic, S.: Koncept distribuiranog sistema za nadzor vazdu-snog prostora na pasivnom principu, XI telekomunikacioni forum Telfor 2003, Beograd, Sava centar, 25-27. 11. 2003.
[4] Monografija „50 godina Vojnotehnickog instituta“, Beograd, 1998, str. 83.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3-4/2004.
343
