Zona detekcije radara pod dejstvom aktivnog ometanja Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

S ZONA DETEKCIJE RADARA POD 1 DEJSTVOM AKTIVNOG OMETANJA

со

О

§ Porucnik Vlada Sokolovic, dipl. inz., sokosv@yahoo.com,

Vojna akademija,

poruCnik Veselin PopoviC, dipl. inž., veskopopovic@yahoo.com, 126. centar VOJIN

Rezime:

U radu su simulirane karakteristike radara u prisustvu samozaštit-nog ometača i ometača iz zone. Promenom parametara radara, ome-tača i njihovog međusobnog položaja korisnik može lako da uoči pro-mene karakteristika radara. Pri simulaciji signal ometača simuliran je preko temperature šuma sistema. Termički šum prijemnika i antene ta-kođe je uračunat. Simulirana je antena pravougaonog oblika sa uni-formnom raspodelom polja u vertikalnoj ravni i Tejlorovom raspodelom polja u horizontalnoj ravni. Uticaj višestrukog prostiranja talasa takođe je uračunat, jer znatno utiče na karakteristike radara.

KljuCne reCi: radar, ometač, šum, antena, propusni opseg, višestruko prostiranje.

RADAR DETECTION ZONE UNDER ACTIVE JAMMING Summary:

The performance of a radar in the presence of a standoff and a self-jammer is simulated. By varying the radar and jammer parameters and geometry, the user can study the effects of the jammer on the radar performance. The temperature is used in the radar equation to access the impact of jammer power on the radar SNR. The thermal noise introduced by the receiver and antenna can also be included. The antenna is a rectangular aperture uniformly illuminated in elevation and represented by a sampled aperture with a Taylor distribution in azimuth. Multipath (i. e. the interference of a ground-reflected wave with the direct wave) can significantly affect the radar performance.

Key words: radar, jammer, noise, antenna, bandwidth, multipath.

Uvod

Masovna upotreba radara u sistemima naoružanja nametnula je po-trebu upotrebe elektronskih sredstava za degradiranje njihovih osnovnih parametara. Sredstva i postupci koji se primenjuju pripadaju elektronskoj

borbi, odnosno elektronskim dejstvima. Elektronska dejstva imaju za cilj da smanje verovatnoću detekcije i povećaju verovatnoću lažnog alarma radara i time onemoguće pravilnu detekciju ciljeva.

Cilj ovog rada je da analizom elektronskih dejstava pokaže uticaj elektronskih dejstava na bitne karakteristike radara. Pomoću matematič-kog modela i programskog paketa radom detaljno su opisani parametri radara i ometača neophodni za analizu uticaja elektronskih dejstava, pri primeni šumnih smetnji. Rezultat analize prikazan je na konkretnom pri-meru radara TPS-63.

Osnovi radarske teorije

Jedna od najvažnijih jednačina za analizu karakteristika radara je ra-darska jednačina (1):

PGAef g (4п)2 R4

(1)

Minimalna snaga korisnog signala Smin koja se na osnovu određenih kriterijuma može detektovati u smeši signal/šum određuje maksimalni do-met radara:

R

max

= 4 1

PG 2Л2д

(4п)3 Smin

(2)

Detekcija pojedinačnog impulsa

Iako se detekcija vrlo retko obavlja na osnovu jednog reflektovanog impulsa, u nastavku je prikazan model za računanje faktora detekcije za pojedinačan impuls.

Naime, prema ovoj metodi, problem detekcije paketa sa proizvoljnim brojem impulsa može se svesti na problem detekcije pojedinačnog impulsa od nefluktuirajućeg cilja (M tip cilja).

U opštem slučaju važi:

Pd = F q Pla ), (3)

gde je q - potreban odnos signal/šum u prijemniku radara (faktor detekcije).

U praksi je obično potrebno odrediti potreban odnos signal/šum za unapred date verovatnoće detekcije i lažnog alarma, što se može postići rešavanjem prethodne jednačine po q, i tada se dobija q = q(Pd, Pla).

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

Minimalna snaga korisnog signala u prijemniku radara prikazana je sle-dećom jednačinom:

Smin = kTsBq(Pd, Pla), (4)

gde je: k - Bolcmanova konstanta, Ts - temperatura šuma sistema, B - fre-kvencijski opseg prijemnika.

Ako se (4) uvrsti u radarsku jednačinu dobija se:

R =

V

PG2A2a

(4п)3 kTsBq(Pd, Pla)

R(°, Pd, Pa ).

(5)

Antiradarska jednačina

Za definisanje antiradarske jednačine moraju se prethodno uvesti neki neophodni parametri.

Parametri radara:

- Ps - impulsna snaga radara,

- Gs - maksimalni dobitak antene radara,

- Fs - (ф,0) normalizovana vrednost dijagrama zračenja antene radara,

- Bs - širina spektra signala na koji je podešen ulazni filter prijemnika,

- As - efektivna površina otvora antene data kao:

A

s

GA2

4п

(6)

Parametri ometača:

- Pj - impulsna snaga ometača,

- Gs - maksimalni dobitak antene ometača,

- Fj - (ф,0) normalizovana vrednost dijagrama zračenja antene ometača,

- Bj - širina spektra signala ometača,

- Dj - udaljenost ometača od radara.

Generalno važi da je gustina snage zračenja koju stvara ometač u okolini antene radara data kao [8]:

PfG,

P = 11

4nD2

) Fj2(ф,

Q )Y Г2

1>‘ 1 B 1s’ radar

10'

0.1 aL

(7)

gde su: a - koeficijent slabljenja (dB/km) na rastojanju Lj (km), Gjs - faktor prostiranja talasa između radara i ometača.

Intenzitet korisnog signala na ulazu prijemnika radara je [8]:

Ps

P'G' a

4nD] 4nD2s

As C10

0.2aLj

(8)

Na osnovu jednačina (7) i (8) dobija se odnos snaga na ulazu u pri-jemnik:

Bs

P, P,G,

k = — = ——j—

Ps PsGs B

F(Фј в,)Рјф,0s)y

4n d_ r?

a D 2 rs4

10

0.1 aL,

(9)

Iz jednačine (9) vidi se da na efikasnost ometanja bitno utiče i koefi-cijent polarizacije y koji govori o usklađenosti polarizacija antene radara i signala ometača.

Analiza radarske antene

U analizi reflektorskih antena koriste se tri metode: metoda geome-trijske optike, aperturna metoda i metoda strujne raspodele na reflektoru. Aperturna metoda predstavlja kombinaciju geometrijske optike i fizičke optike. Naime, metodama geometrijske optike nalazi se raspodela polja u otvoru antene, a zatim se metodama fizičke optike (difrakcije) računa po-lje u dalekoj zoni. Ova metoda daje za praksu zadovoljavajuće rezultate, što je primenjeno i u ovom radu. Prikazan je najprostiji primer pravougao-nog oblika S = ab sa takozvanom separabilnom raspodelom polja[3].

E0(x,у) = Emfi(х)/?(у) , (10)

gde je Em maksimalna vrednost polja, dok su f1 i f2 normalizovane, bezdi-menzione raspodele.

Može se utvrditi da od svih ekvifaznih raspodela, uniformna ampli-tudna raspodela daje najuži snop zračenja i najveći dobitak, ali sa viso-kim nivoom bočnog loba od oko -13,2 dB, što je posledica naglog pada raspodele sa jedinične vrednosti na nultu vrednost na krajevima antene. Da bi se nivo bočnog loba smanjio raspodela mora da opada ka krajevima antene. Nažalost, tada dolazi do proširenja glavnog loba i pada dobit-ka, pa se mora tražiti kompromis. Jedan od opšteprihvaćenih kompromi-sa je takozvana Tejlorova raspodela.

Efikasnost zračenja antene ni računa se na osnovu faktora iskorišćenja koji zavise od funkcije raspodele polja u otvoru antene [2]. U programu se raspodela polja zasniva na Tejlorovoj raspodeli, što znači da efikasnost za-visi od nivoa bočnog loba Gs, što se može videti iz priložene tabele. Izraz

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

za izračunavanje efikasnosti dat je u (11), a faktori iskorišćenja nxny računaju se prema izrazima u tabeli 1.

e. =ППу . (11)

Tabela 1

Faktor iskorišćenja antene za pojedine funkcije raspodele polja

Funkcija raspodele polja Faktor iskorišćenja Пх,Пу Konstanta širine snopa, K

Uniformno pravougaona 1 0,886

Uniformno kružna 1 1,02

Tipa cos 0,80 1,19

Tipa cos2 0.67 1.27

Tejlorova funkcija 1+0,011(Gs+15)+ +(0,008 (Gs+15))2 0,9-0,0135(Gs+15)

Tipa csc2 * Пу П = L ^cs

*Lcs - je takozvani csc2 gubitak.

Pored maksimalnog dobitka Gm antene u radarskoj tehnici definiše se i dobitak antene G u prizvoljnom pravcu, što će biti iskorišćeno za opis dijagrama zračenja antene.

G = 0(в,ф) = Gmg(в,р), (12)

4п

gde je Gm =ЈјГ Aef .

Efektivna površina antene srazmerna je geometrijskoj, tako da se može pisati [3]:

Aef = PAgeom , (13)

gde je: p tzv. koeficijent iskorišćenja otvora antene, koji zavisi od raspo-dele polja u otvoru antene.

Podrazumeva se pravougaoni oblik reflektorske antene, pri čemu su Waz i Wei dimenzije otvora antene. Normalno na površinu antene postavljena je z osa, tako da je antena uvek pozicionirana na cilj. Raspodela polja po ele-vaciji je uniformna, a po azimutu Tejlorova. Apertura je izdeljena sa 0,5 tala-snih dužina signala i uzeto je minimalno 5 odbiraka. Ukoliko zadati nivo boč-nih lobova prelazi -15dB primenjuje se uniformna raspodela polja po azimutu. Potiskivanje zadnjih lobova izraženo je kosinus-kvadratnom formom [6]:

EF = (1 - Bll) cos2(#/ 2) + Bll, (14)

gde je Bll = iQ(BlldB/20) a BlldB relativni nivo zadnjih lobova u [dB].

<бГ)

Konačno, u izraz ulaze maksimalni dobitak antene i efikasnost ante-ne čiji su proračuni prethodno prikazani [6]:

G(deI ,Vaz )

4n(WazWel )e • e, Л2

4--------v-------'

=Gmax

kW

xTaylor2 (Waz, k sin в sin (p, nbar, SIIdB) • EF2 sin c2 (—sin всоъф)

f 2t

pri čemu ft predstavlja normalizovanu vrednost dijagrama zračenja antene.

Na slici 1 prikazan je dijagram zračenja antene radara TPS-63, u pravougaonoj ravni. Sa ovog dijagrama vidi se da je dobitak glavnog loba antene oko 35dB i da se prvi bočni lobovi nalaze na oko -30dB. Može se izračunati i širina dijagrama zračenja na -3dB maksimalne vrednosti do-bitka antene.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

Slika 2 - Dijagram zračenja antene radara TPS-63 prikazan u polarnoj ravni

Na slici 2 prikazan je dijagram zračenja antene radara TPS-63 u po-larnoj ravni. Sa ovog dijagrama vidi se celokupan izgled dijagrama zrače-nja antene u azimutalnoj ravni.

Gubici u sistemu

Posebnu vrednost razvijenog računarskog modela predstavlja mo-gućnost analize uticaja različitih gubitaka, u procesu radarskog osmatra-nja, na karakteristike radarskog sistema.

Postoji nekoliko uzroka koji utiču na smanjenje raspoložive energije signala na ulazu u prijemni kanal radara. To su [1]:

a) gubici u predajniku, (Lt, engl. „transmission line loss"),

b) gubici na anteni, disipativni gubici (La, engl. „dissipative loss") i gubici zbog oblika dijagrama zračenja (Ln, engl. „pattern constant"),

c) gubici u atmosferi (La, engl. „atmospheric attenuation"),

d) gubici u prijemnom vodu (Lr, engl. „receiving line loss"),

e) gubici zbog oblika dijagrama zračenja (Lp, engl. „beamshape loss").

<$>

U grupu gubitaka koji nastaju u toku obrade primljenog radarskog signala spadaju [1]:

a) faktor podešenosti filtra (M, engl. „filter matching factor"),

b) gubitak integracije (Li, engl. „integration loss"),

c) gubici propadanja (Lc, engl. „collapsing loss"),

d) gubici fluktuacije (Lf,, engl. „ fluctuation loss"),

e) gubici usled CFAR detekcije (Lg, engl. „CFAR loss"),

f) gubici usled nepoklapanja po daljini (Ler, engl. „range straddling loss"),

g) gubici zbog nepoklapanja po uglu (Lea, engl. „angle straddling loss"),

h) gubici zbog zamračenja (Lec, engl. „eclipsing loss"),

i) ostali gubici u obradi (Lx, engl. „miscellaneous loss").

Temperatura šuma sistema

Temperatura šuma sistema je koncept koji objedinjuje sva tri izvora termičkog šuma u prijemnom kanalu radara (antena - prijemni vod - pri-jemnik) u jedan ekvivalentni šum koji vlada na priključku antene, tako da se prijemni kanal može smatrati idealnim.

Temperatura šuma sistema računa se prema jednačini [1]:

Ts=Ta+Tr+LrTe, (15)

gde pojedine komponente imaju sledeće značenje:

- temperatura šuma antene: Ta = (0,88Ta -254)/La+290,

Ta - temperatura neba,

La - disipativni (omski) gubici unutar antene;

- temperatura prijemnog voda: Tr = Ttr(Lr-1),

Ttr - fizička temperatura prijemnog voda,

Lr - gubici u prijemnom vodu;

- temperatura prijemnika: Te = T0 (Fn-1),

T0 - referentna temperatura (290 K), Fn - faktor šuma prijemnika.

Uticaj efekta prostiranja na domet radara

Osnovni efekti koji utiču na realni domet radara jesu refrakcija, sla-bljenje u atmosferi, refleksija od tla i difrakcija na površinskim objektima duž putanje radarskog snopa.

Radi određivanja regiona u kojem se izračunavaju efekti prostiranja potrebno je izračunati veličinu koja se naziva referentni domet radara. To je maksimalni potencijalni domet radara, pod pretpostavkom da je obrada energije signala koja postoji na ulazu radarskog prijemnika idealna. Pri

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

proračunu referentnog dometa uzima se da je potreban odnos sig-nal/šum 12 dB i da su uslovi prostiranja idealni, tj. da nema slabljenja u atmosferi.

Jednačina za izračunavanje referentnog dometa je [1]:

Rx = -4 2 ^

PatoG2 X2 a (4n)3kT0FnLtL

Г

(16)

Refrakcija

Refrakcija nastaje usled nehomogenosti atmosfere, a označava efe-kat povijanja radarskog snopa naviše ili naniže pri prolasku kroz troposfe-ru i jonosferu, u zavisnosti od vrednosti indeksa refrakcije. Refrakcija uti-če na dijagram pokrića i na tačnost merenja koordinata cilja.

Efekat refrakcije modeluje se uvođenjem faktora efektivnog prečnika Zemlje Ke. Ako se nehomogena atmosfera želi zameniti homogenom (bez refrakcije) potrebno je uvesti korigovani poluprečnik Zemlje rz koji je jednak [1]:

(17)

gde je rz =6370 km stvarni poluprečnik Zemlje, a Ke faktor efektivnog prečnika Zemlje koji u ovom slučaju treba da ima vrednost 4/3.

Slabljenje u atmosferi

Atmosferske čestice (vazduh, padavine, oblaci, magla, itd.) uzrokuju gubitak energije radarskog signala usled efekata apsorbcije i raspršenja. Slabljenje radarskog signala u normalnoj atmosferi zanemarivo je na ni-žim frekvencijama (ispod 1 GHz), dok na višim postaje značajno. Ako po-stoje padavine, koeficijent slabljenja imaće dodatnu komponentu. Kiša i mokar sneg znatno povećavaju slabljenje, dok suv sneg, magla i oblaci imaju manji uticaj na slabljenje.

Slabljenje u atmosferi je funkcija koeficijenta slabljenja ka (na nivou mora), daljine do cilja R i efektivne dužine putanje na nivou mora Ra. Efektivna dužina putanje na nivou mora zavisi od ugla elevacije cilja i predstavlja dužinu koja ima isto slabljenje kao putanja sa zadatom eleva-

<бГ)

cijom kroz celu atmosferu. Pošto se cilj nalazi na konstantnoj visini, nje-gova elevacija računa se prema izrazu [1], [2]:

sin 6t

ht - hr

R

R

2 Kr

(18)

gde su:

hr - visina na kojoj se nalazi centar faznog fronta radarske antene, R - daljina do cilja,

Rz = 6370 km - poluprečnik Zemlje,

Ke - faktor efektivnog prečnika Zemlje,

6t - ugao elevacije cilja.

Efektivna elevacija cilja 6ef iznosi:

66 =6t +

2,5 -10 -4 6t + 0.028

(19)

gde je potrebno elevaciju cilja 6t zadati u radijanima.

Efektivna dužina putanje na nivou mora računa se na osnovu jednačine:

3 0

Ra = -n— [km],

Sin6ef

(20)

Koeficijent slabljenja u slučaju padavina računa se prema relaciji:

ka rpkap + ka ,

(21)

gde su:

k'a - ukupno slabljenje u atmosferi, rp - brzina padanja,

kap - koeficijent slabljenja za određenu vrstu padavina, ka - slabljenje u čistoj atmosferi.

Konačno, ukupni gubici u atmosferi dobijaju se prema sledećem izrazu [1]:

- _R_

La= kaRa(1 - e Ra). (22)

Vrednost slabljenja u atmosferi, koja će biti korišćena pri proračunu temperature neba, računa se za domet radara do 500 km i ta se vrednost smatra konstantnom na celom intervalu 0 < R < 500 km. Koeficijent sla-

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

bljenja u čistoj atmosferi ka, kao i koeficijenti slabljenja u slučaju kiše i snega kap (normalizovani brzinom padavina) izražavaju se u dB/km i pri-kazani su u tabeli 2.

Koeficijenti slabljenja u atmosferi

Tabela 2

Opseg UHF L S C X Ku K Ka V W

f [GHz] 0,4 1,3 3 5,5 10 15 22 35 60 95 140 240

ka [dB/km] 0,01 0,0012 0,015 0,017 0,024 0,055 0,3 0,14 35 0,8 1 15

kap (kiša) 0 0,0003 0,0013 0,008 0,037 0,083 0,23 0,57 1,3 2 2,3 2,2

kap(sneg) 0 0,0003 0,0013 0,008 0,002 0,004 0,008 0,015 0,03 0,06 0,006 0,08

U nastavku izvršenja programa zadata je vrednost faktora galak-tičkog i solarnog šuma koji predstavlja komponentu temperature neba. Vrednost tog parametra postavljena je na Kg = 3108, što znači da ovi šu-movi imaju normalnu vrednost.

Temperatura ovih šumova je [1]: Tg

Kg

f

25 + Ti,

(23)

gde je f - frekvencija nosioca [MHz], a T1 = 5 K. Zatim se proračunava temperatura neba, koja pored galaktičke komponente ima i komponentu usled atmosfere Tpa:

T

pa

f

290 1

V

1

(24)

Temperatura neba je: T'a = Tg + Tpa. (25)

Refleksija od tla i difrakcija

Refleksija od tla izaziva modifikaciju oblika dijagrama zračenja (lepe-zasta struktura) u odnosu na dijagram zračenja u slobodnom prostoru, što utiče na domet, a usled efekta višestrukog prostiranja javljaju se greš-ke merenja koordinata cilja. Efekti refleksije i difrakcije mogu se modelo-vati preko veličine koja se naziva faktor oblika prostiranja.

U proračunu karakteristika radara faktor oblika prostiranja (F, engl. „pattern propagation factor") daje odnos snage signala koja bi postojala na kraju putanje snopa zračenja u slobodnom prostoru prema trenutno postojećoj snazi.

<бТ)

Faktor prostiranja ulazi u brojilac radarske jednačine i to kao četvrti stepen (F4), jer se mora uzeti u obzir dvostruka putanja koju prelazi elek-tromagnetni talas.

Na slici 3 prikazan je osnovni model refleksije sa ravnog tla na osno-vu kojeg se vrši proračun uticaja refleksije.

Ukupno električno polje koje se formira na cilju sada je zbir električ-nog polja direktnog i reflektovanog talasa [4], [6]:

\Etot

{ + {

DIREKTNI REFLEKTOVANI

FT (вa )

e~ jkR0

4nR

=F

1 + ре1ф

Жй e ft (вА)

jkAR

. (26)

Ukoliko su faktori prostiranja dati u obliku: f в„) = fje - ,

f (в,) = f,e "jA, (27)

gde su fd i skalarne magnitude, a i /3r fazni stavovi signala direktnog i reflektovanog talasa i ukoliko je a razlika ovih uglova, može se pisati:

F = fd

1 + pp-e ~ja

fd

(28)

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

Ukoliko je antena pozicionirana na cilj, onda je fd (6d) = 1. Prime-

nom Ojlerove teoreme, gde je е1ф = cos^ + j sin^, dobijamo konačnu jednačinu [4]:

F =

Vl + х2 + 2 х cosa

, gdejex =

fd

(29)

Maksimalni domet radara

U slučaju proračuna maksimalnog dometa u idealnim uslovima prostira-nja iskorišćen je uslov da je temperatura sistema Ts = T0 (gde je T0 = 290 [K] ).

Na slici 4 prikazan je grafički interfejs programskog paketa radom koji je razvijen za potrebe simulacije elektronskih dejstava šumnim smet-njama. U osnovni prozor mogu se uneti parametri radara ometača i cilja neophodni za proračun.

Slika 4 - Interfejs programa radom pomoću kojeg su realizovane simulacije

Maksimalni domet radara u idealnim i realnim uslovima prostiranja prikazan je na slici 5. I u jednom i u drugom slučaju vidi se da efekat prostiranja, kao i gubici u sistemu predaje i prijema, koji se ispoljavaju preko temperature šuma sistema, bitno utiču na domet radara. Pri simulaciji do-meta radara simulirani cilj bio je Markumovog tipa i tipa Sverling 1 koji se najčešće koristi u analizama.

Slika 5 - Zona detekcije radara u idealnim i realnim uslovima prostiranja za cilj tipa M i SW1

Elektronsko ometanje

Elektronska dejstva predstavljaju skup mera i postupaka usmerenih na degradiranje karakteristika elektronskih uređaja. Elektronska dejstva imaju za cilj da smanje verovatnoću detekcije i povećaju verovatnoću la-žnog alarma i na taj način onemoguće pravilnu detekciju radara.

Ukoliko su poznati svi potrebni parametri mogu se primeniti uskopo-jasne smetnje. Tada je odnos širine spektra smetnji i signala Bj/Bs = 1.

Što se tiče tehničke realizacije postoje šumne i impulsne smetnje. Šumne smetnje zaslepljuju, a impulsne stvaraju lažne ciljeve. Za uspeš-nu primenu šumnih smetnji potrebno je koristiti razne taktičke postupke koji će doprineti još većoj efikasnosti. Primena odgovarajućih taktičkih postupaka zavisi od konkretne situacije. Taktički postupci su:

71

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

- ometanje iz zone (engl. „stand off jamming"),

- ometanje van borbenog poretka (engl. „eskort jamming"),

- ometanje iz borbenog poretka (engl. „self-screening/self-protection jamming"),

- kooperativno ometanje (engl. „kombinacija više postupaka istovre-meno").

Ometanje iz zone predstavlja taktički postupak, kao na slici 6, pri ko-jem se ometanje vrši iz zone koja nije izložena dejstvu sistema oružja protivnika, a sa ciljem da se smanji efikasnost sistema naoružanja protiv-nika. Za izvršenje ovog ometanja potrebne su velike snage (l-2 kW srednje snage po opsegu), jer se ometanje vrši po bočnim snopovima di-jagrama zračenja prijemne antene radara.

Ometanje iz borbenog poretka u slučaju jednog aviona naziva se sa-mozaštitno ometanje, kao na slici 7, a u slučaju grupe aviona naziva se zavesno ometanje. Svaki moderan avion snabdeven je sistemom samo-zaštitnog ometanja, a pri dejstvu u grupi ukupna snaga se povećava.

Slika 7 -Taktički postupak ometanja iz borbenog poretka - samozaštitno ometanje

Parametar koji karakteriše efikasnost ometanja naziva se dubina prodora kroz protivničku PVO Rbt. Dubina prodora predstavlja kosu dalji-nu od ometača do radara na kojoj su smetnje još uvek efikasne, tj. radar ne dobija podatke o cilju, a posle ove daljine može da izmeri koordinate cilja i omogući dejstvo po njemu.

U analizi su obrađena dva načina ometanja šumom i to ometanje iz zone i ometanje iz poretka sa taktičkom situacijom kao na slici 8.

Ometanje iz zone

Ometanje iz zone može biti posredstvom ometača koji se nalazi na zemlji ili na avionu. Pošto se takav ometač najčešće nalazi dosta daleko od radara prihvaćen je princip da se smatra stacionarnim u odnosu na radar, tj. da se nalazi pod konstantnim azimutom. Jednačina koja pokazuje kolika je snaga koju prima radar od ometača je [6]:

Prj

4nR

V 12

1 J

XGfij) 4n

P]G]A2G(0)

--------2— Y1

(4nR; )2 П

(30)

gde su:

- PjGj - efektivna izračena snaga ometača u pravcu radara,

- Rj - daljina ometača,

- G(Q) - dobitak antene radara na azimutu ometača.

Smatrajući da je dobitak antene po glavnom lobu, koji se nalazi na cilju, G0 = G (0 = 0) = Gmax, snaga reflektovanog, korisnog signala data je kao:

P„ =

PtG20A2oGp (4п)3 R

(31)

gde je Gp generalizovano procesno pojačanje u toku obrade signala. Odnos korisnog signala i signala ometača prikazan je kao [6]:

S P

SJR = - = -J- =

J P„

f

PG

V PG J

V R2 л

Go

Л

G(0,)

(32)

jJ

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

Uticaj ometanja može se efikasno modelovati kroz temperaturu, kao N0 = Prj = kTjBn, tako da izraz za Prj dobija oblik:

P„

PPP(^ )^2 Y

(П )2 Гј

f

V

B

B

л

n

1 J

Temperatura koja se pritom stvara na strani radara iznosi:

(33)

Pn Р,0,0(в, )Л2Г,

T =—^~ = 1 1 1 1 (34)

1 kBn (4лИј)2 kB}

Ova temperatura ulazi u sastav celokupne temperature šuma siste-ma. Na sledećoj slici prikazan je primer zone detekcije radara pod dej-stvom ometanja iz zone.

Slika 9 - Zona detekcije radara TPS-63 pod dejstvom ometanja iz zone

Na slici 9 prikazan je uticaj šumnog ometanja iz zone na oblast detekcije radara. Vidi se da je najveći efekat dejstva ispoljen na glavnom lo-bu zbog najvećeg dobitka antene na tom pravcu. Efekat je izražen i po

74

bočnim lobovima. Efekat dejstva po zadnjim lobovima u realnoj situaciji nije toliko izražen, a posledica je simulacije. Takođe, vidi se kolika je zona zamračenja, gledano po uglu azimuta, u kojoj radar ne može da de-tektuje cilj, i kolika je dubina prodora, odnosno granica gde su korisni signal i signal ometanja jednaki.

Ometanje iz poretka

S obzirom na to da radar na daljini otkrivanja teško može da razdvoji bliske ciljeve, tako da se oni nalaze u istoj rezolucionoj ćeliji, smatra se da se eskortno ometanje može svesti na princip samozaštitnog ometanja. Jedan od najčešće primenjivanih principa izračunavanja dometa ra-dara pod dejstvom ometanja jeste pomoću modela šuma, gde šum ima karakter kvazibelog šuma koji se superponira sa termičkim šumom pri-jemnika. Efekat ovog načina ometanja ispoljava se kroz porast ukupne spektralne snage šuma u prijemnom kanalu radara sa N0 na N0 +J0 , gde je J0 spektralna gustina snage ometačkog signala data sa [1]:

, _ рррт2F 0 _ (4ПBtfLa Y

(35)

gde su:

Pj - snaga ometača,

Gj - dobitak antene ometača u pravcu radara,

G(6) - dobitak prijemne antene radara,

F2j - karakteristika prostiranja na pravcu ometač - radar,

Laj - slabljenje kroz atmosferu na pravcu ometača,

Bj - širina spektra ometačkog signala,

Y - faktor polarizacije.

Proizvod PjGjčesto se u literaturi označava kao ERP (engl. „Efective Radiation Power"), što predstavlja efektivnu snagu ometača izračenu ka radaru. Uticaj ometača na domet radara može se uzeti u obzir preko po-rasta temperature šuma sistema Ts. Doprinos temperaturi šuma sistema računa se prema sledećoj jednačini [1]:

PjG јО(в) 2 Fjy

1 (4п)2 kB^La

T_

J0 _ kTl ^ T1 _ J

(36)

Sada je ukupna temperatura šuma u prijemnom kanalu radara:

T _ T + T

1uk 1s ^ 11

(37)

75

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

Uticaj odstupanja ometačkog šuma od idealne Gausove prirode mo-deluje se faktorom kvaliteta smetnje Qj. Ako šum odstupa od idealne ras-podele Qj uzima vrednost manju od jedinice, dok je u suprotnom Q=1. Faktor kvaliteta šuma uzima se u obzir pri određivanju temperature šuma smetnje na sledeći način:

QjPjGjcm2 F К (4п)2 kB]R Џа

(38)

Pošto se samozaštitni ometač nalazi podvešan na avionu, tj. samom cilju, podrazumeva se da se nalazi u glavnom lobu dijagrama zračenja antene, a tu je najveći dobitak antene. Posledica toga je velika efikasnost ovog tipa ometanja, što je prikazano na slici 10.

zona detekcije pod dejstvom samozastitnog ometaca u km

Slika 10 - Zona detekcije radara TPS-63 sa i bez uticaja samozaštitnog ometanja

Na slici 11 prikazan je primer kooperativnog ometanja, odnosno združenog dejstva ometanja iz zone i ometanja iz poretka. Na taj način zona detekcije radara pomerena je daleko na strani radara, a efekat ma-skiranja veoma je efikasan.

Slika 11 - Zona detekcije radara TPS-63 pod dejstvom kooperativnog ometanja

Ukoliko je Bj < Bn ometač će pokrivati samo deo spektra radarskog

signala, što znači da će biti manje efikasan u maskiranju ciljeva nego u slučaju kada je širina spektra signala ometača jednaka širini spektra kori-snog signala. Podrazumeva se da je propusni opseg prijemnika podešen na širinu spektra korisnog signala.

Ako je polarizacija talasa koju zrači ometač različita od polarizacije an-tene radara, efikasnost smetnji biće smanjena. U tabeli 3 dat je koeficijent usklađenosti polarizacija antene i prijemnog talasa ometača, 0 < Fp < 1. U

tabelama 4, 5 i 6 prikazane su karakteristike ometača koji se koriste za ome-tanje iz zone, eskortno ometanje i samozaštitno ometanje respektivno.

Tabela 3

Koeficijent usklađenosti polarizacija signala radara i ometača

Polarizacija antene radara Polarizacija signala ometača Faktor usklađenosti Fp

H H 1,0

H V 0,1

HiliV RiliL 0,5

V V 1,0

V H 0,1

R R 0,5

R L 1,0

RiliL ViliH 0,5

L L 0,5

L R 1,0

77

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09

Tabela 4

Parametri SOJ ometača namenjenih ometanju iz zone

Udaljenost ometača od radara Rj 10-1000 km

Visina ometača 0-30 km

ERP PjGj 1-106 W

Kvalitet šuma ometača Qj -10-0 dB

Širina propusnog opsega ometača Bj 1-1000 MHz

Polarizacija ometača H, V, R, L

Tabela 5

Parametri ESJ ometača namenjenih ometanju van borbenog poretka

Udaljenost ometača od cilja Rc -100-100 km

ERP PjGj 1-106 W

Kvalitet šuma ometača Qj -10-0 dB

Širina propusnog opsega ometača Bj 1-1000 MHz

Polarizacija ometača H, V, R, L

Tabela 6

Parametri SSJ ometača namenjenih ometanju iz borbenog poretka

ERP PjGj 1-104 W

Kvalitet šuma ometača Qj -10-0 dB

Širina propusnog opsega ometača Bj 1-1000 MHz

Polarizacija ometača H, V, R, L

Zaključak

Rad pokazuje na koji način elektronska dejstva utiču na promenu ka-rakteristika radara. Kroz matematički model programskog paketa radom opi-sani su svi neophodni parametri za analizu rada radara i ometača. Pokaza-no je koji od parametara radara su podložni uticaju elektronskih dejstava i u kojoj meri. Izvršena je detaljna analiza ometanja, šumnim smetnjama, po-moću stacionarnih i samozaštitnih ometača. Pored tehničkih karakteristika ometača prikazani su i osnovni taktički postupci elektronskih dejstava.

Pouzdanost rezultata dobijenih analizom zasniva se na pouzdanosti jednačina korišćenih u radu. Dobijeni rezultati ne odgovaraju u potpunosti realnoj situaciji, pre svega zbog raznih aproksimacija u modelu, ali zato mogu dati procenu realne situacije sa zadovoljavajućim rezultatima.

Literatura

[1] Barton, D. K., Modern Radar System Analysis, Artech House, Norwood, 1988.

[2] Barton, D. K, Modern Radar System Software, User manual, Artech House, Norwood, 1992.

<zT>

[3] Zatkalik, J., Radiolokacija I deo, IP „Nauka“ Beograd, 1995.

[4] Blake, L. V., Radar Range-Performance Analysis, Artech House, Norwood, 1986.

[5] Antenna Radiation Pattern, Artech House, Norwood, 1986.

[6] Sokolović, V., Analiza karakteristika radara pod dejstvom aktivnog ome-tanja, Diplomski rad, VA OL, Beograd, 2003.

[8] Vakin, S., Shustov, L. N., Dunwell, R., Fundamentals Of Electronic Warfare, Artech House, Norwood, 2001.

C™>

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09