Разработка канала определения поляризации принимаемых ЭМВ для станции помех индивидуальной защиты бортового комплекса обороны самолета дальней авиации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Широкое применение в войсках радио электронных средств (РЭС) управления войсками и оружием расширило применение радиоразведки и радиоэлектронного подавления. В области радиоэлектроники развернулась борьба, получившая название радиоэлектронной борьбы (РЭБ). В армии развитых государств интенсивно разрабатываются и совершенствуются способы ведения РЭБ, а также техника ведения радиоэлектронной разведки и подавления боевых РЭС противника.

В локальных воинах в Корее, во Вьетнаме и на Ближнем Востоке велось «сражение» в радиоэфире между РЭС управления войсками и оружием и средствами радиоэлектронного подавления, обеспечивающие достижение успеха в боевых действиях авиации, войск ПВО,ВМС и СВ РЭБ стала неотъемлемой частью всех видов боевых действий и распространяется практически на все виды средств РЭО: радиосвязи, радиолокации, радиотелеуправления, радионавигации и других РЭС.

Современные системы управления войсками и оружием немыслимы без использования РЭС. Успех боевой задачи, операции и даже войны в целом теперь в значительной мере будет эффективностью работы радиоаппаратуры различного назначения. Снижение этой эффективности является целью РЭБ. Исключительно важная область радиоэлектроники в современной войне вызвала разработку методов борьбы с противником путем подавления его радиоэлектронных устройств.

Самолетные станции помех индивидуальной защиты, входящие в состав бортового комплекса обороны, являются основным средством подавления РЭС противника и обеспечивают прохождение воздушного судна через ПВО противника.

Таким образом с увеличением количества применяемых РЭС и улучшением их характеристик и возможностей, возникает необходимость совершенствования и станции помех индивидуальной защиты самолета носителя от активных средств поражения противника.

Роль ВВС в локальных войнах и военных конфликтах

В связи с конфликтами в Юго-восточной Азии, на Ближнем Востоке, в зоне Персидского залива и в Югославии, а также с внедрением в войска новых боевых высоко эффективных систем управления, разведки и радиоэлектронной борьбы произошел пересмотр взглядов на боевое применение электронных систем. Использование РЭС в боевых действиях последних десятилетий 20-го века показали высокую значительность РЭО для обеспечения решения таких боевых задач, как обнаружение, распознавание, радиоэлектронное и огневое подавление средств ПВО, нанесение ракетно-бомбовых ударов по наземным целям, защиты от воздушного противника.

Операция «Буря в пустыни», начатая 17 января 1991 года, характеризовалась массированным использованием авиации многонациональных сил (МНС) антииракской коалиции и ее доминирующей ролью в вооруженной борьбе. Массированные ракетно-бомбовые удары сопровождались постановкой помех РЭС противника и их огневым поражением противорадиолокационными ракетами. Активные помехи ставились в диапазонах частот работы иракских радиолокационных средств ПВО.

Радиоэлектронное подавление системы ПВО противника осуществлялось самолетами тактической авиации ВВС и палубной авиации ВМС США, а именно: самолетами РЭБ EF-111A «Рейвен», EA-6B «Проулер», EC-130H «компас колл».

План подавления иракской системы ПВО предусматривал первоочередное уничтожение ЗРК, стационарных постов дальнего радиолокационного обнаружения, пунктов управления и узлов связи. Эта задача ставилась тактическим истребителям F-117А.

Подавив ЗРК, боевые самолеты союзных сил смогли выполнять полеты уже на средних высотах, а не на малых, на которых их смогли сбить огнем зенитной артиллерии и переносными ЗРК. Основными факторами, в значительной степени повлиявшими на подавление системы ПВО Ирака, явились внезапность удара, использование активных и пассивных средств РЭБ. В тоже время со стороны Иракской ПВО отмечалось неспособность ее органов управления функционировать в условия сильного радиоэлектронного противодействия.

Опыт войны в зоне Персидского залива был применен при урегулировании межнационального конфликта в Югославии в 1999-2000 гг. Особенности ведения боевых действий в Югославии являлись геополитическое положение (горная пересеченная местность, многонациональность); ограниченная территория театра военных действий; использование различных систем управления войсками коалиционных сил; большое количество боевых самолетов различной принадлежности; необходимость одновременного и круглосуточного использования авиации. Военное руководство авиационной группировки ВС США и НАТО не всегда располагало полной информацией и о потерях и средствах ВВС и ПВО противника. Это привело к тому, что коалиционным силам пришлось многократно повторять авиационные и ракетные удары по предполагаемым районам расположения позиций радиотехнических войск и активных средств ПВО.

Опыт ведения локальных войн показывает высокую значительность использования РЭО самолетов для решения поставленных боевых задач.

1. Обоснование необходимости совершенствования станции помех индивидуальной защиты самолетов дальней авиации

бортовой сигнал поляризация помеха

1.1 Анализ характеристик радиолокационных сиcтем управления оружием ПВО характерного театра военных действий

Применение стратегических бомбардировщиков Ту-22М3 в боевых условиях сопровождается решением их экипажей одной из важных и сложнейшей задачи - преодоление войсковой, зональной и объектовой ПВО противника. Средства обнаружения, управления силами и средствами ПВО, огневого поражения, которые будут составлять основу этих систем ПВО, в зависимости от ТВД, могут быть различными. Но к основным средствам управления оружием и системами огневого поражения воздушных целей можно отнести:

- истребительная авиация ( самолеты с бортовыми ракетными комплексами) F-16, F-15, F-14, F-18, Мираж-2000, Торнадо, МиГ-29, F-4, F-5;

- зенитно-ракетный комплекс большой и малой дальности «Найк-Геркулес», «Пэтриот», С-75, С-125, С-200, С-300;

- маловысотные (малой дальности) ЗРК: «Ролаид», «Рапира», «Стингер», «Рэд-Ай», «Игла», «Стрела-2»;

- зенитно-стрелковые комплексы: «Вулкан», «Гепард», «Шилка».

Объектами подавления в системе ПВО противника для БКО будут являться радиоэлектронные и оптико-электронные средства наведения ЗУР и истребителей, а также РЭС управления огнем ЗСК.

Тактико-технические характеристики РЭС УО, как объектов подавления БКО

Тип средства ПВО	Объект подавления	ТТХ объекта подавления	Метод пеленгации
ЗРК «Найк -Геруклес»	РЛС СЦ AN/MPA-4A		0,5	0,25 2,5	200 (имп)	0,7/0,7	Моно-импульсная
ЗРК «Усовершенствованный Хок»	РЛС СЦ AN/MPAQ-46 РГС УР «Усов. Хок»				2 (средняя)	2,1/2,1 6/6	Моно- импульсная
ЗРК «Пэтриот»	РЛС AN/MPQ-53 РГС УР «Пэтриот»	обнар. сопр.	НЧПИ, СЧПИ	0,5-80	19-28 (средняя) 1,25-1,5 (имп)	3,4/3?4 (обнар.) 1,7/1,7 (сопров.)	Моно- импульсная (ФАР, сектор Обзора по Аз ; Ум-1-750)
ЗРК «Индиго»	РЛС СЦ		2,0	0,3	40	1,9/1,9	КОИ, СКАИ (145 Гц)
Истребитель F-4E	БРЛС AN/APQ-120 РГС УР AIM-7E «Спарроу» ТГС УР AIM-9L «Сайдвиндер»	3,5-5,5 мкм	1,06 0,33	0,4 2,0	165 (имп)	2,8/2,8 11,5/11,5 1,2/1,2	сканирование 160 Гц сканирование 295 Гц
Истребитель «Мираж-F1»	БРЛС «Сирано» РГС УР «Матра» ТГС УР «Мажик»	3,6-4,2 мкм	2,0 0,64 2,0	0,25 0,5 1,0 5,0 0,5	225 (имп)	1,8/2,5 10/10 3/3	Моно- импульсная Моно- импульсная
Истребитель «Мираж-2000»	БРЛС RDI РГС УР «Супер Матра» ТГС УР «Мажик»	9,0-10,0 3,33-3 3,6-4,2 мкм	1-2 9-12 2,0	0,5	120 (имп)	2,7/2,7 10/10 3/3	Моно- Импульсная Моно- импульсная

1.1.1 Система командного наведения «Пэтриот»

Комплекс предназначен для поражения высокоманевренных воздушных целей на высотах от 60м до 25000м со скоростью 30900м/с на дальностях от 3 до 100км. Каждая огневая позиция имеет три пусковые установки по четыре ЗУР в каждой.

В систему управления вооружением входят:

- многофункциональная РЛС HPQ-53 - с ФАР и пушки управления огнем, оснащенного ЭМВ. РЛС обнаруживает, опознает и сопровождает цели, подсвечивает ее для радиолокационной головки самонаведения ЗУР, сопровождает ракету и передает на нее команды управления.

Основным объектом радиоэлектронного противодействия в данном комплексе является РЛС HPQ-53 и головка самонаведения ЗУР, а объектом огневого поражения РЛС HPQ-53 и пульт управления огнем ЗСК. Помехозащищенность ЗРК обеспечивается перестройкой рабочей частоты от импульса к импульсу.

Слабые стороны ЗРК:

- подверженность РЛС действию комбинированных помех;

- невозможность поражения целей на высотах от 60 до 100м.

1.1.2 Система полуавтоматического наведения «Хок»

ЗРК предназначен для поражения воздушных целей на высотах полета от 10 до 20000м, преимущественно на малых и средних высотах при дальностях от 2,5 до 42км.

В систему управления ЗРК входит:

- одна импульсная РЛС целеуказания HPQ-51

- пункт автоматической обработки данных

- в состав огневого взвода собственная РЛС целеуказания HPQ-48 непрерывного излучения и РЛС подсвета цели HPQ-46. На каждой ракете установлена головка самонаведения, действие на ведение которой основано на формировании мгновенной равносигнальной зоны (многоимпульсный метод сопровождения цели по направлению).

Помехоустойчивость системы управления ЗРК обеспечивается применением двух РЛС целеуказания, работающих на различных частотах, одна в импульсном, другая в непрерывном режимах, с селекцией цели по скорости на фоне земли и облаков дипольных отражателей; в РЛС HPQ-48 и HPQ-46 и ГСН ракет - использование дальномера, моноимпульсного метода автосопровождения целей по направлению в РГС ЗУР и применением режима наведения на источник помех.

Слабые стороны системы управления ЗРК:

- несовершенство приемников ГСН и РЛС перехвата цели и их подверженность помехам, уводящим по скорости и направлению;

- большая минимальная скорость сопровождения цели (более 40 м/с),что позволяет осуществить эффективный противоракетный маневр.

1.1.3 Система с командным наведением «Найк - Геркулес»

Данная система является средством большой дальности действия. Эффективная дальность поражения составляет 65км, при превышении этой дальности, либо при высоте полета цели менее 3км вероятность поражения резко падает. При стрельбе по целям на заданных высотах наведения ЗУР осуществляется сначала в упрежденную точку, затем ракета переходит в пикирование.

1.2 Анализ характеристик бортовых комплексов обороны (БКО) самолетов ДА

Бортовой комплекс обороны является комплексом радиоэлектронного противодействия и предназначен для индивидуальной и взаимной защиты самолета Ту-22М3 и его модификаций от поражения зенитными и авиационными комплексами перехвата вероятного противника с тепловыми и инфракрасными сигналами наведения.

Комплекс индицирует экипажу направление атаки, типа и степень опасности атакующих комплексов, наличие расходных средств, дает рекомендации по началу и направлению маневрирования при атаках со стороны передней полусферы (ППС) и задней полусферы (ЗПС), через самолетное переговорное устройство (СПУ) информирует об отказе устройств, входящих в комплекс.

Комплекс рассчитан на подавление одного средства и имеет следующие характеристики:

- комплекс обеспечивает непрерывную работу в течении 10 часов;

- среднее время наработки на отказ в полете 130 часов;

- масса комплекса 950 кг;

- потребляемая мощность: 1) по цели 200В, 400 Гц - 8,1 кВт; 2) по цели 27В - 0,85 кВт;

- гарантийная наработка - 1000 часов;

Технические характеристики:

- сектор обзора по азимуту -+ 800, по углу места -+ 300;

- максимальная ошибка пеленгования -100;

- чувствительность азимутальных приемных каналов: по импульсным сигналам 60 дБ/Вт по непрерывным сигналам 85 дБ/Вт.

Из анализа вышеуказанных характеристик видно, что не позволяет создавать противнику максимально эффективную помеху.

В ВВС зарубежных стран комплексов, подобных отечественным бортовым комплексам обороны не существует. А бортовые средства РЭБ представлены отдельными системами.

1.3 Выбор направления совершенствования станции помех индивидуальной защиты самолета дальней авиации

Из рассмотренных выше БКО и ПВО противника видно, что наряду со своими достоинствами, бортовой комплекс обороны имеет ряд недостатков.

В связи с тем, что средства ПВО противника постоянно совершенствуются, необходимо совершенствовать и отечественные системы и комплексы, которые могли бы обеспечить надежную защиту самолета от средств поражения противника, при выполнении боевых задач.

Из анализа характеристик ПВО вероятного противника видно, что современные РЛС имеют большую дальность обнаружения и разрешенную дальность пуска. Для уменьшения потерь, обусловленных внезапным появлением опасности поражения, необходимо увеличивать дальность обнаружения, точность обнаружения, и соответственно максимально увеличивать эффективность подавления средств ПВО с помощью бортового комплекса обороны.

При оценке возможностей станции радиоэлектронного подавления, входящих в состав БКО, видно, что при анализе различных параметров особую роль играют вопросы поляризационной согласованности - для эффективного подавления РЛС противника необходимо знать вид поляризации электромагнитных волн, излучаемых (принимаемых) антенной, для создания помехи (комплекса помех) РЛС противника с вектором поляризации ортогональным вектору, определяемому в принимаемой ЭМВ. Так например известно, что при отсутствии согласования по поляризации передающей и приемной антенны, воздействие сигнала на входе приемной части радиоэлектронных устройств уменьшается.

Таким образом, ясно что для более эффективного использования станции помех индивидуальной защиты и БКО в целом необходимо и целесообразна разработка канала определения поляризации принимаемых ЭМВ, применение которого в составе станции помех индивидуальной защиты позволит значительно повысить эффективность ее применения в составе БКО при выполнении боевых задач.

1.4 Обоснование тактико - технических требований, предъявляемых к станциям помех индивидуальной защиты самолетов ДА

Тактико - технические требования к бортовому комплексу обороны определяются исходя из тактико - технических требований, предъявляемых к отдельным устройствам и системам, входящим в его состав, а также с учетом тактико - технических характеристик объектов подавления.

Объектами подавления БКО в системе ПВО противника являются радиоэлектронные и оптико-электронные средства систем наведения ЗУР, истребителей, а также РЭС управления ЗСК.

При входе самолета носителя бортового комплекса обороны в зону облучения РЭС ПВО противника, БКО должен обеспечить обнаружение сигналов облучающих РЛС и определение пеленга на них в требуемых секторах по азимуту и углу места относительно оси симметрии самолета, как с передней, так и с задней полусфер.

В результате, по измеренным параметрам возможно определение принадлежности тех или иных РЭС к нескольким условным типам активных средств ПВО противника, после чего осуществляется визуальная индикация этих типов совместно с пеленгами на них.

В реальной боевой обстановке самолет могут атаковать множество средств ПВО противника. Вследствие ограниченной способности средств подавления комплекса, БКО должен обладать способностью определения из всей совокупности атакующих средств для каждого текущего момента времени, главной цели подавления и опасной цели.

Под главной целью подавления понимается наиболее опасное для данной сложившейся обстановки атакующее средство ПВО, которому может быть оказано противодействие помеховыми средствами комплекса.

Опасной целью является средство, степень опасности которого меньше, чем главная цель подавления, или средство, против которого у БКО нет средств эффективного противодействия (отсутствуют или израсходованы средства РЭП и ОЭП). Позиция главной цели подавления и опасной цели и их тип должны индицироваться на индикаторе боевой обстановки.

После захвата на автосопровождение самолета средствами ПВО противника, производиться пуск ЗУР, авиационных управляемых ракет и так далее. Пуск управляемых ракет всегда сопровождается инфракрасным излучением двигателя, поэтому БКО должен обладать возможностью обнаружения факелов пуска управляемых ракет по инфракрасному излучению факела двигателя в зоне обзора станции предупреждения о облучении в заданных секторах по азимуту и углу места.

Данную задачу выполняет теплопеленгатор. При обнаружении пуска ракеты теплопеленгатор должен вырабатывать для специализированного вычислителя, сигнал наличие цели и ее координаты.

При обнаружении пуска ракеты теплопеленгатором или по другим признаком с учетом параметров движения цели и своего самолета, режимов работы облучающего, средства, требуется произвести оптимизацию комплексов создаваемых помех, и выработать управляющие сигналы на рекомендуемый маневр. То есть БКО должен обладать возможностью создания оптимального комплекса активных, пассивных и комбинированных помех для радиоэлектронного подавления РЛС ЗРК, истребителей, радиолокационных и тепловых головок самонаведения ракет (создание ложных тепловых целей).

Работа комплекса должна осуществляться в автоматическом режиме, но при этом должна быть обеспечена возможность оперативного вмешательства экипажа в режимы работы в случае необходимости.

Для обеспечения высокой надежности функционирования комплекса в целом, должна обеспечиваться автономная работа систем комплекса в случае возникновения отказа одной из них.

Времени непрерывной работы комплекса обороны быть больше или равно времени, необходимому для преодоления ПВО противника и выполнения поставленной боевой задачи, то есть должно обеспечиваться максимальное время непрерывной работы БКО.

2. Разработка проектируемой системы

2.1 Выбор и обоснование структурной схемы БКО

Бортовой комплекс обороны является средством индивидуальной защиты самолета от средств ПВО вероятного противника.

Построение комплекса осуществляют по принципу объединения отдельных систем РЭБ в единый комплекс по гибридному (сочетание централизованного и иерархического) методу комплексирования с использованием специализированного вычислителя.

Защита самолета с помощью БКО достигается путем обеспечения экипажа необходимой разведывательной информацией и создания помех радиоэлектронным и оптико-электронным средствам управляемого оружия.

Структурная схема бортового комплекса обороны представлена на рисунке 2.1.

БКО состоит из следующих основных систем:

- система анализа и управления;

- информационная система;

- исполнительная система;

- система отображения информации;

- встроенная система контроля БКО;

- система огневого поражения радиоэлектронных средств ПВО.

Информационная система комплекса предназначена для обеспечения системы анализа и управления информацией о радиоэлектронной обстановке на маршруте полета и применении оружия (ракет ) системой ПВО. В ее состав входят:

Рисунок 2.1

1. станция предупреждения об облучении, которая обеспечивает ведение непосредственной радиотехнической разведки в диапазоне работы радиоэлектронных средств основных систем ПВО;

2. теплопеленгатор, работающий в диапазоне инфракрасных волн. Обеспечивает обнаружение излучения, в первую очередь, факелов ракет, для определения факта их пуска;

3. устройство непосредственной разведки станции активных помех (разведывательная часть, включающая разрабатываемый канал определения поляризации принимаемых электромагнитных волн).

Система анализа и управления предназначена для обработки информации, поступающей от информационной системы и управления системами и устройствами комплекса по алгоритмам, определенным специализированным вычислителем или экипажем. Основой данной системы является специализированный вычислитель.

Система анализа и управления позволяет, в зависимости от технического состояния систем комплекса, функционировать БКО, как в автоматическом режиме (с возможностью оперативного вмешательства в его работу экипажа), так и в автономном (ручном), если функционирование его как комплекса невозможна. Для управления режимами работы БКО и входящих в его состав систем, в данной системе иметься пульт управления.

Исполнительная система предназначена для создания радиоэлектронным и оптико-электронным системам управляемых средств поражения воздушных целей рациональных видов и комплексов активных, пассивных и комбинированных помех.

Исполнительная система включает в себя:

1. станция активных помех индивидуальной защиты и взаимной защиты - создаем рациональные виды и комплексы активных помех;

2. автомат выброса пассивных помех, предназначенный для отстрела, в зависимости от типа атакующего средства поражения, дипольных отражателей или инфракрасных ловушек.

Система отображения информации предназначена для постоянного информирования экипажа о складывающейся радиоэлектронной обстановке, техническом состоянии комплекса и входящих в его состав систем, рекомендуемых маневрах самолета в зависимости от конкретной ситуации.

Система отображения информации состоит из:

- индикатора боевой обстановки;

- линейки сближения;

- табло отказов.

Встроенная система контроля предназначена для автоматического контроля технического состояния систем и комплекса в целом, как на земле, при подготовке самолета к полету, так и в полете, а так же автоматической записи параметров работы комплекса в систему объективного контроля.

Система огневого поражения предназначена для обнаружения радиоэлектронных средств противника, определения его параметров и выдачи целеуказания на головку самонаведения ракеты класса «воздух - РЛС»; поражения выбранной РЛС ракетой.

Система огневого поражения включает в себя:

- пассивную РЛС;

- систему индикации и управления;

- ракету класса «воздух - РЛС» с пассивной головкой самонаведения.

Взаимосвязь БКО с другими бортовыми комплексами

Взаимосвязь БКО с другими бортовыми радиотехническими средствами осуществляется с помощью специализированного вычислителя или через экипаж, а конкретно с командной радиолинией управления, с головками самонаведения ракет класса «воздух РЛС», а также системой объективного контроля и навигационным комплексом.

Перечень сигналов связи навигационного комплекса с БКО:

- высота полета;

- скорость полета;

- крен, тангаж, курс.

Информация от навигационного комплекса используется для оптимизации управления комплексом и решения следующих задач:

- определение местоположения наземных комплексов перехвата;

- прогнозирование положения комплексов в любой момент времени изменением координат;

- прогнозирование фазы атаки;

- выбор типа противодействия;

- выбор оборонительного маневра;

- определение количества расходуемых средств для отражения одной атаки.

Перечь сигналов связи прицельного навигационно - пилотажного комплекса с комплексом радиоэлектронного противодействия (БКО):

- геометрическая высота полета;

- путевая скорость;

- угол крена, угол тангажа, курсовой угол, угол сноса;

- географическая долгота и широта;

- текущее время.

С оборудования самолета бортовой комплекс обороны получает следующие сигналы:

- контроль обесточенности (для проверки цепей сброса);

- аварийный отстрел патронов;

- «шасси выпущено»;

- Имитация «шасси убрано»;

- «форсаж» (для изменения программы отстрела).

-

2.2 Выбор и обоснование структурной схемы станции помех индивидуальной защиты

2.2.1 Тактико - технические требования, предъявляемые к станциям помехПрименение самолетов дальней авиации в боевых условиях сопровождается решением их экипажами одной из сложных и важнейших задач - преодоление войсковой, зональной и объектовой ПВО противника.

Средства обнаружение, управления силами и средствами ПВО, огневого поражения, которые будут составлять основу этих систем ПВО, в зависимости от театра военных действий, могут быть различными.

Сравнительный анализа характеристик радиоэлектронных средств управляемого оружия, показывает, что значительная часть объектов подавления, а именно их радиолокационные станции слежения за целью (подсвета цели), головки самонаведения, бортовые РЛС (РЛПК) работают в сантиметровом диапазоне длин волн. Поэтому диапазон рабочих длин волн станции помех должен быть также сантиметровым.

При оценке возможностей использования дипольных отражателей, а в частности, перенацеливание на облако дипольных отражателей, можно сделать вывод, что излучение помехи подсвета облака дипольных отражателей требуется лишь в заднюю полусферу в секторах:

- по азимуту 200 - 300;

- по углу места 200 - 300.

Перенацеливание же на подстилающую поверхность возможно при излучении соответствующей помехи, как в заднюю, так и в переднюю полусферы. Сектор излучения при этом должен быть следующим:

- по азимуту 300;

- по углу места 200.

В РЛС радиоэлектронные средства управления оружием противника используются различные виды излучений и режимы работы:

- непрерывное и квазинепрерывное излучение для этапов обзор, захват и автосопровождение;

- импульсное излучение для режимов обзор, захват и автосопровождение.

При этом подавляемые радиоэлектронные средства содержат, различные каналы, такие как:

- канал автосопровождения по направлению (АСН);

- канал автосопровождения по дальности (АСД);

- канал автосопровождения по скорости (АСС).

В связи с этим, в станции для подавления выше перечисленных каналов должны создаваться помехи или комплексы помех каналом АСН, АСД и АСС.

Так как самолет может быть подвержен облучению одновременно и РЛС непрерывного излучения, то в станции должна быть реализована возможность одновременного создания помех РЛС непрерывного и импульсного излучения при работе в один сектор.

Для эффективного подавления целесообразно использовать комплексирование помех для одновременного подавления (то есть в одном цикле) каналов АСД, АСС и АСН в зависимости от складывающейся обстановки. При этом длительность одного цикла создания помех должна быть минимальной.

Одним из показателей эффективности влияния помех, создаваемых комплексом, на подавляемые средства, является повышение вероятности не поражения самолета по сравнению с полетом без средств радиоэлектронной борьбы. Она зависит от типа атакующего средства, его удаления от самолета, вида создаваемого комплекса помех.

Эффективность комплексов помех прикрытия маневра зависит от вида и параметров выполняемого маневра и наличия достоверной информации о пуске ракет.

Возможности станции помех, как средства создания помех бортового комплекса обороны - по подавлению радиоэлектронных средств и оптико - электронных средств управления оружием определяются их способностью нарушать функционирование этих систем.

Комплексы помех, создаваемые радиоэлектронным средствам управления оружием, должны приводить к срыву автосопровождения цели по дальности (скорости) и угловым координатам, увеличению ошибок автосопровождения, перенацеливанию ракеты на подсвеченные облака дипольных отражателей или на подстилающую поверхность, а в конечном счете и к повышению вероятности не поражения самолета.

2.2.2 Структурная схема станции помех индивидуальной защиты

Принцип построения современных станции активных помех основывается на том, что необходимо производить ретрансляцию принятых сигналов с наделением их помеховой модуляцией (поляризацией ортогональной принятой).

При приеме непрерывных сигналов радиоэлектронных средств, носителем помеховой информации является непосредственно сам принятый и усиленный сигнал. Помеховые сигналы, импульсным РЛС формируются путем «запоминания» и последующего воспроизведения несущей частоты принятых сигналов с наделением их помеховой модуляцией.

Таким образом, для всех видов сигналов, станция должна иметь единый ретрансляционный тракт. Импульсные помеховые сигналы «врезаются» в непрерывный помеховый сигнал, что не приносит существенного ущерба энергетике сигнала, но дает возможность создавать одновременно помехи непрерывным и импульсным РЛС.

В станциях формируются комплексы помех прикрытия маневрирования. Они назначаются автоматически при достижении перегрузок заданной величины. Такие комплексы помех включают уводящие по скорости и дальности помехи. При создании помех прикрытия маневра запрещается создание всех видов помех.

Современные САП должны быть построены, так, что позволило защищать самолет или со стороны передней полусферы или со стороны задней полусферы, с учением того, что атака защищаемого самолета одновременно с двух противоположных сторон маловероятно.

Такой принцип обеспечивает и одновременное излучение помех в обе полусферы при реализации перенацеливания на облако дипольных отражателей, выстреливаемых в ЗПС (при атаках в ППС).

Создание помех атакующему средству осуществляется как на этапе захвата самолета на автосопровождение. На этапе захвата на сопровождение импульсными РЛС, в САП могут реализоваться ответные многократные импульсные помехи, обеспечивающие формирование неподвижных отметок с ложных дальностей. Для непрерывных РЛС на этом этапе могут создаваться сигналы на ложных доплеровских частотах.

На этапе автосопровождение, для более эффективного воздействия на угломерные каналы радиоэлектронных средств, необходимо предварительное нарушение работы каналов АСД или АСС.

Целесообразно разрабатывать и включить в состав САП канал определения поляризации принимаемой электромагнитной волны, с целью установки поляризации излучаемого (ретранслируемого) сигнала ортогональной принятой. Это значительно повысит эффективность подавления различных каналов радиоэлектронных средств управляемого объекта.

Для создания определенного типа помех необходимо иметь информацию:

- о внешних командах, определяющих режим работы станции;

- заложенную перед полетом в программируемое устройство;

- от встроенных анализирующих устройств.

Исходя из обоснования структурная схема станции помех индивидуальной защиты имеет вид, показанный на рисунке 2.2.

2.3. Разработка функциональной схемы канала определения поляризации принимаемых электромагнитных волн

2.3.1 Требования, предъявляемые к антенным системам

Комплекс общих требований к антенно - фидерным устройствам (АФУ) определяется из особенностей их работы. Эти требования заключаются в следующем:

1. антенны не должны заметно ухудшать аэродинамические качества воздушного судна (применение маловыступающих или невыступающих антенн либо помещением антенн обтекатель, имеющий хорошие аэродинамические формы);

2. антенно - фидерные устройства воздушного судна должны иметь минимальные размеры и массу, чрезмерные требования к высокой направленности антенны ведут к росту габаритов и массы;

3. антенно - фидерные устройства воздушного судна должны быть механически прочными к воздействию перегрузок, ударов, вибрации; в конструкции антенно - фидерных устройств не должны иметь место механические резонансы;

4. установка антенно - фидерного устройства на воздушном судне не должны нарушать прочность конструкции воздушного судна. Для этого антенно - фидерное устройство должно иметь минимальный объем;

5. антенны должна иметь высокую электрическую прочность на всех высотах полета воздушного судна. Это достигается рациональной конструкцией антенно - фидерного устройства, его герметизацией и поддержанием необходимого давления в нем;

6. антенно - фидерное устройство должно наделено работать в условиях высоких и низких температур, а также при резких перепадах температуры;

7. антенно - фидерное устройство должно быть устойчиво к обделению и воздействию повышенной влажности;

8. антенно - фидерные устройства не должны создавать помех в действиях экипажа;

9. ..при размещении антенно - фидерного устройства на воздушном судне должны быть выполнены требования по электромагнитной совместимости всем системам воздушного судна, в том числе и на взаимное влияние антенн друг друга.

Приведенные общие требования к антенно - фидерным устройствам воздушного судна во многом противоречивы, поэтому обычно принимается приемлемое компромиссное решение.

Помимо перечисленных требований к конкретному антенно - фидерному устройству предъявляется ряд радиотехнических требований, вытекающих из особенностей работы устройства.

2.3.2 Функциональная схема канала определения поляризации принимаемых электромагнитных волн

Исследование физической модели антенного устройства канала определения поляризации

Физическая модель канала представляет собой совокупность антенного устройства, которое включает антенну и детекторные секции.

При четырех прорезанных щелях, смещенных одна относительно другой на угол 450, можно определить наклон плоскости поляризации с точностью +- 22,5.

Принимаемая электромагнитная волна анализируется по углу наклона плоскости поляризации антенной типа «открытый конец волновода». Размеры волновода выбраны так, что в волноводе возбуждаемая волна типа Н11. Электромагнитное поле, распространяющееся по волноводу, является причиной возникновения токов на его внутренней поверхности. Знание картины распределения токов позволяет прорезать щели в стенке волновода и расположить их дуг относительно друга под углом 900. степень возбуждения щелей будет различной. При изменении угла наклона плоскости поляризации анализируемой электромагнитной волны, структура волны Н11 в волноводе будет меняться (поворачиваться относительно оси). Если отводить электромагнитную волну из щелей в детекторные секции, то амплитуды токов от детекторных секций, будут пропорциональны интенсивности возбуждения соответствующих щелей. Таким образом сравнивая амплитуды токов, можно определить угол наклона плоскости поляризации электромагнитной волны.

Схема установки для проведения исследований показана на рисунке 2.4. В ее состав входят: генератор СВЧ; индикатор; поворотный штатив; исследуемая антенная система (А2); вспомогательная антенна (А1); детекторные секции.

Методика снятия диаграммы направленности

Комплексная диаграмма направленности (ДН) передающей антенны есть зависимость комплексной амплитуды электрического (магнитного) поля от угловых координат при одинаковом расстоянии от антенны. Обычно исследуется только амплитудная ДН.

Амплитудная ДН характеризует направленные свойства антенны, т.е. ее способность концентрировать электромагнитную энергию в заданном секторе пространства.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пространственную ДН изобразить достаточно сложно, поэтому обычно снимают ДН антенны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через направления максимального излучения. При этом для антенны с линейной поляризацией плоскости совмещают с плоскостями Е и Н, а для антенны с вращающейся поляризацией выбирают две произвольные взаимно перпендикулярные плоскости. Для построения ДН используется или полярная, или прямоугольная система координат.

Для снятия амплитудной ДН исследуемой антенны используется вспомогательная антенна с линейной поляризацией, которая устанавливается в дальней зоне относительно исследуемой антенны. При снятии ДН с помощью неподвижной вспомогательной антенны исследуемую антенну необходимо вращать в соответствующей плоскости. Если показания индикатора изменяются быстро, то показания необходимо снимать через 20…50, а при медленном изменении показаний - через 100…200.

В лабораторных условиях на точность измерений оказывают влияние отражения от стен, потолка, пола и окружающих предметов. Поэтому исследуемую и вспомогательную антенны необходимо располагать так, чтобы они были удалены от окружающих предметов. Для повышения точности измерений стены и окружающие предметы часто покрывают поглощающими материалами.

Амплитуда напряжения (тока) высокочастотного сигнала, поступающего с приемной антенны на вход детектора (детекторной секции) индикатора, пропорциональна напряженности электрического (магнитного) поля ДН. Поскольку в детекторных секциях обычно используются кристаллические диоды, имеющие примерно квадратичную вольтамперную характеристику, то на выходе детектора амплитуда напряжения (тока) сигнала пропорциональна плотности потока энергии, при этом показания индикатора соответствуют значениям ДН по мощности.

Методика снятия поляризационной характеристики

Под поляризацией радиоволн понимают ориентацию векторов поля и их изменение во времени. Обычно рассматривают только ориентацию вектора Е.

Поляризация антенны определяется поляризацией излучаемой ею волны. Различают волны с линейной и вращающейся (круговой и эллиптической) поляризацией.

Поляризация волны полностью известна, если известны параметры поляризационного эллипса (ПЭ), к которым относятся: коэффициент эллиптичности Кэ=b/a (b - малая полуось эллипса; a - большая полуось эллипса); угол наклона большой полуоси эллипса; направление вращения вектора Е.

Параметры поляризационного эллипса (за исключением направления вращения) могут быть определены экспериментально по поляризационной характеристике (ПX), т.к. угол наклона и соотношение осей ПЭ и ПX одинаковы.

Поляризационной характеристикой исследуемой передающей антенны называется зависимость ЭДС в приемной вспомогательной антенне с линейной поляризацией от угла поворота ее в картинной плоскости. В соответствии с определением приемная антенна с линейной поляризацией должна устанавливаться в картинной плоскости и поворачиваться в ней в пределах 3600, при этом начало отсчета угла устанавливается произвольно.

Поляризационная характеристика изображается в полярной системе координат. Поляризационный эллипс может быть построен по полученным экспериментально размерам большой и малой полуоси ПX и их ориентации в картинной плоскости.

Результаты эксперимента

Результаты эксперимента представлены на рисунках 2.5 (а, б, в, г). На рисунке 2.6 изображена ДН открытого конца круглого волновода. Согласно рисунка ширина ДН составляет 0,5. По величине ширины ДН можно судить о слабой направленности такой антенны, что и соответствует требованиям предъявляемым к направленным свойствам антенн станции помех.

На рисунке … показаны поляризационные характеристики четырех каналов антенной системы. Согласно данных поляризационных характеристик каждый канал представляет собой антенну с линейной поляризацией. При этом угол между плоскостями поляризации этих каналов составляет 450. Если в дальнейшем провести обработку сигналов снимаемых с каждого канала, то можно определить наклон плоскости поляризации принимаемой ЭМВ с точностью +-220.

Снятые в ходе эксперимента характеристики, наглядно показывают возможность антенного устройства автономно по каждому выходу реагировать на угловое положение плоскости поляризации падающих линейно - поляризованных волн.

Физическая модель позволяет разработать функциональную схему канала определения поляризации.

Рисунок 2.5а Рисунок 2.5б

Рисунок 2.5в Рисунок 2.5г



Рисунок 2.6

Разработка функциональной схемы

Функциональная схема канала определения поляризации принимаемых электромагнитных волн представлена на рисунке 2.7. Она включает в свой состав: приемную антенну; четыре канала, в которые входят детекторные секции и усилитель; два устройства сравнения; решающее устройство.

Антенна предназначена для приема падающих ЭМВ и подачи сигнала на четыре детекторные секции. С каждой детекторной секции сигнал подается на усилитель, который необходим для согласования детекторной секции и устройства сравнения. Устройство сравнения обеспечивают сравнение сигналов снимаемых с соответствующих детекторных секций и далее результаты сравнения подается на решающее устройство. Решающее устройство имеет четыре выхода, с которых сигнал соответствующего уровня подается на устройство сопряжения. Устройство сопряжения обеспечивает подачу преобразованных сигналов в вычислитель, а также оно предназначено для сопряжения вычислителя с передающей антенной.

В вычислителе обеспечивается: окончательное определение наклона плоскости поляризации принимаемых ЭМВ; и формирование управляющих сигналов для установки поляризации в передающей антенне (на основе анализа сигналов от облучаемых РЛС).

2.4 Расчет принципиальной схемы канала определения поляризации принимаемых электромагнитных волн

Принципиальную схему канала определения поляризации, представленную на рисунке, можно разделить на две части: высокочастотную и низкочастотную.

Высокочастотная часть канала включает: антенну - приемник электромагнитных волн; детекторные секции с СВЧ диодами VD1,VD2,VD3,VD4 типа Д602А, согласующую нагрузку; четырехканальный приемо - усилительный тракт, включающий низкочастотные усилители на транзисторе (2П310А)!. Связь антенны с детекторными секциями осуществляется посредством щелей. Согласованная нагрузка предназначена для исключения отражений анализируемой электромагнитной волны в волноводе. Выбор круглого волновода определяется использованием волны типа Н11, возбуждаемой в волноводе. Условием для выбора размеров круглого волновода и распространения в нем волны типа Н11 является:

Где a - радиус волновода.

Подставим см получим: см.

Размеры щелей, прорезанных в волноводе, выбираются из условия их эффективного возбуждения. Щель будет эффективно возбуждаться, если длина и ширина выбраны из условия:

Где - длина анализируемой электромагнитной волны;

- длина щели;

- ширина щели.

Подставляем значение см, получим:

см; см.

Для согласованной нагрузки применяется четверть волновой трансформатор, прямоугольный волновод, коротко замкнутый на конце. Длина этого трансформатора определяется:

где - длина волны в круглом волноводе.

Таким образом см.

Низкочастотная часть канала определения поляризации включает: четыре усилителя низкой частоты на транзисторе VT3; два устройства сравнения на основе компаратора 153УД2; ключевую схему на основе транзисторов КТ603 и реле РЭС15. Для работы компараторов необходимо использовать ряд навесных элементов. Резисторы R1-R4 являются ограничителями тока и должны составлять сотни Ом. Выбираем согласно ряду номинальных сопротивлений E12 резисторы МЛТ-0,125-100 5%. R5,R7; R8,R10 предназначены для подачи напряжений на микросхему, они должны составлять более одного кОм.

3. Разработка комплекса военно-эксплуатационных вопросов

3.1 Особенности эксплуатации станции помех индивидуальной защиты

Подготовка станции помех индивидуальной защиты должна осуществляться специалистами инженерно - технического состава. Подготовка может осуществляться как отдельно, так и в составе бортового комплекса обороны.

Во время контрольных осмотров и проверок производиться внешний осмотр блоков станции, состояние антенн и обтекателей, включение и проверка работоспособности с помощью встроенной системы контроля (ВСК). По мере налета воздушного судна с станцией определенного количества часов, на последней производиться регламентные работы.

Внешний осмотр станции включает:

- проверка надежности крепления блоков;

- проверка правильности межблочных соединений;

- проверка состояния антенной системы (обтекателей).

Основной принцип проверки станции с помощью ВСК заключается в проверке реакции станции на различные стимулирующие сигналы, с выводом результатов контроля.

3.2 Метрологическое обеспечение разработанного канала определения поляризации принимаемых электромагнитных волн

Контроль работоспособности проводиться в виде текущего функционального контроля, принудительного автоматизированного контроля с помощью ВСК, контроля работоспособности и поиска отказов с помощью наземной контрольно - проверочной аппаратуры (КПА).

Наземный контроль и поиск неисправностей проводиться с применением специальной КПА «Фитафтора» и контрольно - измерительной аппаратуры общего назначения.

3.3 Оценка надежности канала определения поляризации принимаемых электромагнитных волн

Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки.

Надежность - сложное комплексное понятие, с помощью которого оценивают способность изделия выполнять заданные функции в нормальных режимах эксплуатации и заданном интервале времени.

В связи со сложностью содержания понятия надежности, ее невозможно точно рассчитать, можно лишь приближенно оценить для созданных ранее устройств и приближенно прогнозировать для вновь создаваемых.

Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Отказ - случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Так, как отказы в общем случае являются случайными процессами (событиями), то показатели надежности носят вероятностный характер. Надежность электронных приборов или элементов радиотехнических устройств принято оценивать такими показателями, как вероятность безотказной работы R, интенсивностью отказов , наработка отказов , гамма - процентный ресурс и другие.

Наработка на отказ - среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка выражена в единицах времени, то используют термин - среднее время безотказной работы. Наработка на отказ является величиной, обратной интенсивности отказов:

;

Интенсивность отказов - вероятность отказа перемонтированного изделия в единицу времени при условии, что отказ до этого момента времени не возник.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в заданном интервале времени или заданных пределах наработки на отказ не возникает отказ изделия.

Между параметрами R(t) и (t) существует зависимость, из которой вытекают практически важные частные случаи:

;

В режиме нормальной эксплуатации, когда =const:

;

По определению, гамма - процентный ресурс представляет собой время , в течении которого с доверительной вероятностью гарантируется безотказная работа изделия. При экспоненциальном законе распределения отказов:

;

Рассмотрим характеристики надежности применительно к разрабатываемому устройству. Так, как в составе изделия как пассивные, так и активные элементы, то выражение для вероятности безотказной работы примет вид:

;

- вероятность безотказной работы пассивных элементов и активных элементов;

n - количество элементов.

Таким образом, вероятность безотказной работы:

;

Где - интенсивность отказов элементов;

T - рассматриваемый период времени.

Интенсивность отказов всего изделия определяется по формуле:

;

Тогда среднее время наработки на отказ будет определяться:

;

Гамма - процентный ресурс:

;

Интенсивность отказов всех элементов принципиальной схемы приведены в таблице 3.1.

наименование	количество
транзисторы	2	0,05
диоды	8	0,08
Микросхемы интегральные	2	0,05
резисторы	9	0,02
конденсаторы	4	0,3
Соединения паяльные	31	0,05

1/ч;

ч;

, при =0,95;

Вероятность безотказной работы за 20ч:

;

Для повышения надежности следует применять элементы с наименьшими интенсивностями отказов.

3.4 Вопросы противодействия иностранным техническим средствам разведки

Противодействие иностранным техническим разведкам является задачей государственной важности и одной из важных составных частей по сохранению государственной и военной тайны.

Успех в современной войне будет во многом зависеть от скрытности подготовки боевых операций, неожиданности применения новых средств и способов вооруженной борьбы. Это достигается тщательно организованным противодействием иностранным техническим разведкам в мирное и военное время.

Защите и скрытию для станции помех подлежат:

- принцип действия и способы применения;

- диапазон излучаемых сигналов;

- мощность излучения;

- виды помеховых излучений;

- типы РЭС, которым возможна постановка помех посредством данной станции помех;

- типы воздушных судов, на которых установлена станция.

при эксплуатации авиационной техники в целях противодействия получению противником сведений о станции помех необходимо строго соблюдать меры по обеспечению радиотехнической маскировки:

- запрещается работа в воздухе станции помех в группах войск и в районах международного воздушного движения;

- проверка работоспособности станций в ТЭЧ должна осуществляться при излучении на эквивалент антенны;

- отстыковка ВЧ - разъемов должна производиться только при выполнении ремонта станции;

- при ремонте должна быть исключена возможность обнаружения излучения за пределами охраняемых зон;

- должна регулярно осуществляться проверка целостности элементов волноводного тракта.

4. Оценка эффективности БКО и военно-экономическое обоснование

В качестве критерия эффективности выбираем энергетический критерий РЭП, использующий понятие коэффициент подавления.

Под коэффициентом подавления понимают минимально необходимое отношение мощностей помехи и сигнала на входе подавляемого приемника в пределах полосы пропускания его линейной части, при котором достигается требуемое подавление.

Для того чтобы РЭС было подавленно необходимо чтобы выполнялось условие:

(4.1)

где

Данное соотношение характеризует общий вид уравнения РЭП. Известно, что мощность помех на входе подавляемой РЭС определяется следующим соотношением:

(4.2)

где -мощность помех (мощность вырабатываемая станцией помех);

-коэффициент усиления антенны станции помех;

-расстояние между подавляемой РЭС и воздушного судна;

-ДН (по мощности) антенны подавляемой РЭС;

-ДН (по мощности) станции помех;

В условиях самоприкрытия ;

-полоса пропускания приемника подавляемого РЭС (ширина спектра помеховых сигналов);

-спектр помеховых сигналов;

-эффективная площадь антенны подавляемой РЭС;

;

где -коэффициент усиления антенны подавляемой РЭС;

-длина волны работы подавляемой РЭС.

-поляризационный коэффициент.

Также известно, что мощность сигнала отраженного от цели на входе подавляемой РЭС определяется следующим соотношением:

(4.3)

где -мощность сигнала излучаемого подавляемой РЭС;

-коэффициент усиления антенны подавляемой РЭС;

-ЭПО цели.

Учитывая соотношения (4.2) и (4.3) в уравнении РЭБ (4.1), а также учитывая условия самоприкрытия можно получить следующее уравнения РЭБ:

;

Из последнего выражения видно, что при отсутствии согласования по поляризации воздействие помехи на входе приемной части подавляемого РЭС будет малоэффективным, так как может принимать значение от единицы (совпадение поляризации сигнала и помехи) до нуля (когда поляризации ортогональны или различны по направлению вращения вектора напряженности магнитного поля).

Для оценки эффективности приема волн с поляризацией, отличной от требуемой, вводится понятие коэффициента поляризационной согласованности:

;

;

где - оптимальная мощность в приемной антенне при поляризационной рассогласовании;

- оптимальная мощность в приемной антенне при поляризационном согласовании.

Коэффициент зависит от коэффициентов эллиптичности и передающей и приемной антенн и оси угла между большими осями их поляризованных эллипсов:

;

У существующей станции помех индивидуальной защиты есть возможность ставить помехи только тем РЭС, которые работают на фиксированных поляризациях. Поэтому подавление РЭС, которые могут изменять поляризацию своего излучение, становится неэффективным, так как выбирается случайным образом. В разработанном канале возможно определение угла наклона плоскости поляризации принимаемых ЭМВ с точностью . Исходя из того, что и , получим: