CC BY
78Повышение возможностей перспективных радиолокационных станций в условиях постановки многократных ответно-импульсных помех
Капитан К.Е. КУЗНЕЦОВ
Подполковник М.Г. КОРЯГИН, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Предлагается направление повышения помехоустойчивости перспективных радиолокационных станций за счет совершенствования алгоритмов и способов селекции целей в условиях постановки противником многократных ответно-импульсных помех по главному лепестку диаграммы направленности антенны.
Радиолокационная станция, радиоэлектронная борьба, радиоэлектронное подавление, многократная ответно-импульсная помеха, цифровая антенная решетка, диаграмма направленности антенны, многопозиционная радиолокационная система, угловое сверхразрешение.
The paper proposes a line for improving resistance to interference in advanced radar stations thanks to better algorithms and methods of target selection in conditions of the adversary setting up multiple pulse-response interference by the main petal of the antenna directional diagram.
KEYWORDS
Radar station, electronic warfare, electronic suppression, multiple pulse-response interference, digital antenna array, antenna directional diagram, multiposition radar system, angular superresolution.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
АНАЛИЗ состояния и перспектив развития средств воздушного нападения (СВН) противника позволяют определить основные тенденции их совершенствования1,2,3,4. Для максимального снижения потерь дорогостоящих СВН широко применяются ложные цели и активные помехи, причем среди последних предпочтение отдается «интеллектуальным» помехам — имитирующим многократным и уводящим по координатам пространства наблюдения. Формирование помех происходит по принципу многократной ретрансляции импульсных сигналов подавляемой радиолокационной станции (РЛС). Многократные имитирующие помехи по дальности используются, как правило, для подавления импульсных РЛС с большой скважностью зондирующего сигнала — обзорных РЛС, и часто называются многократными ответно-импульсными помехами (МОИП). Такие помехи, как показано на рисунке 1, представляют собой серию импульсов, излучаемых передатчиком помех в ответ на прием каждого зондирующего импульса подавляемой РЛС, и могут формировать отметки как после положения цели по дальности, так и перед ней. В РЛС обзора и целеуказания при воздействии таких помех по главному лепестку диаграммы направленности (ДН) антенны происходит срыв сопровождения истинных целей и завязка ложных трасс, что обусловливает нарушение функционирования системы вторичной обработки5,6. Различают синхронные и несинхронные по отношению к частоте следования зондирующих импульсов РЛС многократные ответно-импульсные помехи. Наиболее эффективна синхронная ответная помеха, поскольку формируемая ею отметка будет сопровождаться на всех интервалах дальности, в то время как отметки, сформированные несинхронной по-
мехой, будут периодически сбрасываться с сопровождения7,8.
Постановка МОИП возможна и эффективна как из зон барражирования, так и из состава ударных групп прорыва противовоздушной обороны специализированными самолетами радиоэлектронной борьбы (РЭБ) типа EA — 6B «Проулер», EA — 18G «Гроулер» и др. В числе последних разработок комплексов РЭБ противника следует выделить компактные маломощные станции активных помех воздушного базирования, устанавливаемые на беспилотные летательные аппараты (БПЛА) типа «Глобал Хок» ^^/В), «Предатор» (MQ-1), «Шэ-доу» 200 (MQ-7A/B), «Рипер» (MQ-9), «Хантер» ADM-160 МАLD-J
и др., либо забрасываемые в район нахождения объекта радиоэлектронного подавления (РЭП).
Анализ существующего научно-методического аппарата показывает, что известные решения, позволяющие обеспечить защиту РЛС обзора и целеуказания от активных имитирующих помех, основаны на использовании существенных различий во временной и частотной структурах МОИП и эхо-сигнала цели. Также выявлена низкая эффективность известных решений при воздействии МОИП по главному лепестку ДН антенной решетки (АР), обусловленная непрерывным совершенствованием средств РЭБ противника и возможностью создания МОИП, представляющей собой не отличающуюся по информативным параметрам копию отраженного сигнала9,10,11,12. Поэтому перспективным направлением развития способов селекции МОИП является использование признаков, не поддающихся имитации.
Возможным направлением развития способов селекции целей в рассматриваемых тактических условиях являются способы селекции за счет пространственных различий — раз-
Рис. 1. Подавляемый сигнал (а) и многократная ответно-импульсная помеха (б)
личии в направлении воздействия помеховых и полезных сигналов. Основой данных способов является получение дополнительных признаков селекции при повышении разрешающей способности РЛС по угловым координатам и, как следствие, повышение точности определения координат источников радиоизлучения. Метод сканирования лучом ДН антенны, который широко применяется на практике, не позволяет выявить эти признаки, если источники радиоизлучения сосредоточены в пределах ширины главного лепестка ДН антенны.
В результате моделирования процесса пеленгации с использованием метода сканирования лучом ДН антенны получена зависимость мощности принимаемого сигнала на выходе антенной решетки от угловой координаты (азимута) сканирования, представленная на рисунке 2. Зависимость получена путем электронного сканирования пространства плоской АР размерностью 38x38 элементов. Расстояние между элементами антенной решетки равно половине длины волны: d = 0.5\ = 5 см. В секторе электронного сканирования АР ±10°
по азимуту относительно нормали к плоскости АР находятся один постановщик МОИП (постановщик активной помехи (ПАП) — 1°) и прикрываемая им цель (Ц — 2°). Из рисунка видно, что разрешающая способность АР по угловым координатам не позволяет раздельно наблюдать постановщика помехи и цель.
Долгое время считалось, что угловое разрешение источников радиоизлучения возможно, если они находятся друг от друга на равном ширине луча ДН или большем расстоянии. Это так называемый реле-евский предел разрешения. Исследования в этой области показывают, что предел разрешения зависит не только от ширины луча ДН антенны, но и от величины отношения сигнал/ шум. Причем, чем больше это отношение, тем выше разрешающая способность системы13'14. АР обладают замечательным свойством увеличивать отношение мощности полезного сигнала к средней мощности шума. В пределе, при отсутствии шума приемных устройств, разрешающая способность становится бесконечной и проблема заключается в том, чтобы найти алгоритмы обработки сигна-
-10 -5 0 5
Рис. 2. Пеленгационный рельеф
лов, которые реализуют такие возможности углового разрешения.
Модель сигналов, принимаемых антенной решеткой, состоящей из N элементов, может быть представлена в следующем виде:
где: J — число источников радиоизлучения;
ak, Фk— комплексная амплитуда и угол прихода волны;
3(фк) — вектор сигналов, принимаемых антенной решеткой;
X — вектор собственного шума в элементах антенной решетки;
Z — вектор принятого сигнала.
Для принятой модели сигналов корреляционная матрица имеет вид:
3
к= 1
где: а2 — средняя мощность шума в одном элементе антенной решетки;
H — знак эрмитовой сопряженности;
E — единичная матрица.
Известно большое число алгоритмов сверхразрешения, которые дают возможность определить параметры источников излучения, даже если они находятся в пределах ширины главного луча ДН.
Одним из алгоритмов углового сверхразрешения является алгоритм Кейпона, разрешающая функция которого имеет вид:
Решение задачи сверхразрешения базируется на использовании адаптивного корреляционно-матричного формирования остроугольных глубоких провалов ДН АР в направлении каждого из воздействующих источников некоррелированных помех с последующей инверсией сформированной диаграммной развертки, обеспечивающей получение адаптивного пелен-гационного рельефа15.
Результаты моделирования процесса пеленгации с использованием алгоритма Кейпона представлены на рисунке 3. Тактическая ситуация и параметры АР аналогичны рассмотренным на рисунке 2. Штрихпун-ктирной линией показан пеленгаци-онный рельеф, полученный методом
сканирования ДН АР, непрерывной — адаптивный пеленгационный рельеф, реализованный с помощью алгоритма Кейпона.
Применение алгоритмов углового сверхразрешения позволит разде-
лять направления приема целевых и ответных сигналов и группировать ответные сигналы в одном направлении — получить пеленг на постановщик многократной ответно-импульсной помехи.
0
0 (Ф), дБ
-50
ПАП
-100
ХЯ-
\ \ 1 / * / 1 < 1» 1 ✓ / / 1 1 - н 1 \ \ » ' \ 1' \ 1 1' * 1 <- \ / 1
1 1 1 ----- А; 1 \ |
ф, град.
-10
10
Рис. 3. Пеленгационный рельеф
Для выделения отраженного сигнала от постановщика помехи из множества ответных сигналов необходима дополнительная признаковая информация. Так как в настоящее время большое внимание при проектировании перспективных РЛС уделяется разработке выносных пассивных модулей (ВПМ), предназначенных для работы совместно с активными радиолокационными модулями (АРЛМ), то взаимная обработка сигналов в такой системе дополнит пеленговую информацию многопозиционными измерениями. Данные измерения позволят определять координаты местоположения постановщика ответной помехи.
Результаты научно-исследовательских работ и анализ известных методов определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ)16,17,18 показывают, что в многопозиционной радиолокационной системе (МПРЛС) наибольшая эффективность обнаружения ИРИ и точность определения их координат достигается применением угломер-но-разностно-дальномерного (УРД)
метода. При УРД методе определения местоположения ИРИ первичные угловые координаты измеряются совместно с разностью хода сигналов корреляционными методами. Геометрия МПРЛС поясняется с помощью рисунка 4. Два ВПМ расположены в точках с координатами (х1, у1), (х2, у2). Активный радиолокационный модуль расположен в точке с координатами (0, 0), являющейся началом координат. Базы ВПМ 1 и ВПМ 2 обозначены через ^ и d2 соответственно. Положение ИРИ определено координатами (х, у).
Решение задачи сверхразрешения базируется на использовании адаптивного корреляционно-матричного формирования остроугольных глубоких провалов ДН АР в направлении
каждого из воздействующих источников некоррелированных помех с последующей инверсией сформированной диаграммной развертки, обеспечивающей получение адаптивного пеленгационного рельефа.
Ау
Рис. 4. Угломерно-разностно-дальномерный метод определения местоположения источников радиоизлучения
Результаты научно-исследовательских работ и анализ известных методов определения местоположения источников радиоизлучения показывают, что в многопозиционной радиолокационной системе наибольшая эффективность обнаружения и точность определения их координат достигается применением угломерно-разностно-дальномерного метода. При таком методе определения местоположения источников радиоизлучения первичные угловые координаты измеряются совместно с разностью хода сигналов корреляционными методами.
Под УРД методом определения местоположения ИРИ подразумевают комбинацию угломерного и разност-но-дальномерного методов определения местоположения ИРИ. Определение местоположения основано на измерении как угловых направлений (в — азимут) на ИРИ, так и двух независимых значений разности времен распространения сигналов (Дт1, Дт2) от ИРИ до АРЛМ через ВПМ. Каждо-
му измеренному значению параметра соответствует линия положения: в — прямая, Дт1, Дт2 — гипербола. Местоположение ИРИ определяется точкой пересечения линий положе-ния19,20,21.
Прямые уравнения связи электрических параметров радиосигналов с координатами точек приема (ВПМ и АРЛМ) и ИРИ представлены выражениями:
ДЯ1 Я1 + ¿1 - я о
Дт1 =-=-=
с с
((*12 + у!2)1'2 - (х2 + у2)1'2 + ((х1 - х)2 + (у1 - у)2)1''2)/с
ДЯ2 Я2 + ¿2 - ЯО
Дт2 =-=-=
с с
((х22 + у22)^ - С*2 + У2)1/2 + ((*2 - ж)2 + (у2 - у)2)1/2)/с
Р = агсгд ,
где: ДR1, ДR2 — разности расстояний от ИРИ до АРЛМ через ВПМ;
R0 — расстояние от ИРИ до АРЛМ;
R1 — расстояние от ИРИ до ВПМ 1;
R2 — расстояние от ИРИ до ВПМ 2;
с — скорость света.
Применение в МПРЛС алгоритмов углового сверхразрешения совместно с УРД методом позволяет выделить наиболее информативные и доступные к реализации селективные признаки многократных ответно-импульсных помех:
• пространственное локально-точечное сосредоточение всех импульсных элементов МОИП, создаваемой отдельно взятым постановщиком помех, на плоскости угловых измерений;
• временное запаздывание и возможный частотный сдвиг МОИП относительно однозначно определяемых по временному и частотному сдвигу целевых эхо-сигналов СВН — носителей бортовых комплексов РЭП;
• синхронность и равенство межобзорных угловых перемещений направлений приема импульсных элементов МОИП, сформированных отдельно взятым постановщиком помех.
Данные измерения могут быть использованы в качестве селектирующих признаков для решения задач идентификации воздействующих на РЛС помеховых сигналов, а также для
селекции целевых эхо-сигналов на фоне МОИП.
Таким образом, радиолокационная станция и радиолокационная система в целом могут быть подвержены воздействию активных помех, а именно многократных ответно-импульсных помех. Воздействие многократных ответно-импульсных помех эквивалентно действию в зоне обнаружения РЛС множества ложных целей, отметки от которых перегру-
Радиолокационная станция и радиолокационная система в целом могут быть подвержены воздействию активных помех, а именно многократных ответно-импульсных помех. Воздействие многократных ответно-импульсных помех эквивалентно действию в зоне обнаружения РЛС множества ложных целей, отметки от которых перегружают тракты вторичной обработки целей. Известные способы основаны на том или ином различии параметров и той или иной закономерности изменения во времени или пространстве полезных сигналов и помех.
жают тракты вторичной обработки целей. Известные способы основаны на том или ином различии параметров и той или иной закономерности изменения во времени или пространстве полезных сигналов и помех. Тенденции развития современных средств радиоэлектронной борьбы диктуют необходимость разработки соответствующих алгоритмов и способов селекции. Одно из возможных направлений совершенствования способов селекции связано с вводом в перспективные РЛС выносных пас-
сивных модулей и оснащением активных радиолокационных модулей цифровыми антенными решетками. Это позволит с помощью угломер-но-разностно-дальномерного метода определения местоположения и алгоритмов углового сверхразрешения источников радиоизлучения выделить дополнительные селектирующие признаки многократной ответно-импульсной помехи и повысить функциональные возможности перспективных радиолокационных станций в рассмотренных условиях.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием / под ред. Ю.М. Пе-рунова. М.: Радиотехника, 2008. 416 с.
2 Евграфов В.Г. Развитие авиационных средств РЭБ и их применение в современных вооруженных конфликтах // Зарубежное военное обозрение. 2011. № 2. С. 60—65.
3 Максимов М.В., Бобнев М.П., Кри-вицкий Б.Х. и др. Защита от радиопомех / под ред. М.В. Максимова. М.: Сов. радио, 1976. 496 с.
4 Перунов Ю.М., Мацукевич В.В. Зарубежные радиоэлектронные средства. В 4-х книгах. Кн. 2: Системы радиоэлектронной борьбы / под ред. Ю.М. Перуно-ва. М.: Радиотехника, 2010. 352 с.
5 Там же.
6 Максимов М.В., Бобнев М.П., Кри-вицкий Б.Х. и др. Защита от радиопомех...
7 Евграфов В.Г. Развитие авиационных средств РЭБ...
8 Перунов Ю.М, Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов...
9 Там же.
10 Евграфов В.Г. Развитие авиационных средств РЭБ...
11 Максимов М.В., Бобнев М.П., Кри-вицкий Б.Х. и др. Защита от радиопомех...
12 Перунов Ю.М., Мацукевич В.В. Зарубежные радиоэлектронные средства.
13 Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь, 2003. 200 с.
14 Монзинго Р. А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию: пер. с англ. / под общ. ред. В.А. Лексаченко. М.: Радио и связь, 1986. 448 с.
15 Алмазов В.Б. Методы пассивной локации. Харьков: ВИРТА, 1974. 66 с.
16 Муравьев С.А. История отечественной радиолокации / под ред. Я.С. Якунина. М.: Столичная энциклопедия, 2011. 768 с.
17 Кондратьев В.С., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы / под ред. проф. В.В. Цвет-нова. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.
18 Туров В.Е. Способы и устройства повышения помехозащищенности многоканальных РЛС: монография. Ярославль: ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, 2005. 208 с.
19 Там же.
20 Кондратьев В.С., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы. 264 с.
21 Алмазов В.Б. Методы пассивной локации.
