Основы теории радиоэлектронного подавления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ПОДАВЛЕНИЯ

Содержание

1. Виды помех и способы их создания

1.1 Способы снижения эффективности применения радио- и оптико-электронных средств

1.2 Помехи и их влияние на функционирование радиоэлектронных средств

1.3 Энергетические соотношения в условиях свободного пространства. ЭПР. Уравнение радиолокации

1.4 Классификация и краткая характеристика организованных радиопомех

1.5 Математическое описание помеховых сигналов

1.6 Особенности воздействия на радиоэлектронные средства помеховых сигналов различного вида

2. Формирование сигналов в передатчиках радиопомех

2.1 Построение передатчиков прямошумовых радиопомех

2.2 Принципы построения передатчиков шумовых радиопомех с амплитудной модуляцией

2.3 Построение передатчика шумовых радиопомех с фазовой модуляцией

2.4 Построение передатчика шумовых радиопомех с частотной модуляцией

2.5 Принцип действия передатчика хаотических импульсных радиопомех

2.6 Принцип действия передатчика многократных ответных импульсных радиопомех

3. Оценка эффективности РЭП

3.1 Эффективность функционирования РЭС в условиях РЭП

3.2 Оперативно-тактические критерии эффективности РЭП

3.3 Энергетический критерии эффективности РЭП

3.4 Информационный критерий эффективности РЭП

4. Уравнение радиоэлектронного подавления для активной радиолокации

4.1 Общее уравнения РЭП

4.2 Определение зоны подавления РЛС и ее границ из уравнения РЭП

5. Активные радиопомехи радиолокационным системам обнаружения целей

5.1 Краткая характеристика радиолокационных систем обнаружения воздушных целей

5.2 Радиоэлектронное подавление активными радиопомехами некогерентных импульсных РЛС

5.3 Радиоэлектронное подавление активными радиопомехами РЛС с внутриимпульсной модуляцией

5.4 Радиоэлектронное подавление активными радиопомехами РЛС с квазинепрерывным излучением

6. Активные помехи РЛС, работающим в режиме автосопровождения целей

6.1 Задачи, решаемые созданием помех РЛС АСЦ

6.2 Некогерентные радиоэлектронные помехи из двух точек пространства

6.3 Мерцающие помехи системам АСН

6.4 Кроссполяризационные радиоэлектронные помехи системам АСН

6.5 Когерентные радиоэлектронные помехи системам АСН из двух точек пространства

6.6 Особенности подавления систем АСН многоцелевых РЛС

6.7 Радиоэлектронные помехи системам АСД

7. Радиоэлектронное подавление систем военного назначения с помощью компьютерных вирусов и электромагнитного оружия

7.1 Общие понятия о компьютерных вирусах и их основные свойства

7.2 Реализуемость компьютерного РЭП

7.3 Защита от компьютерного РЭП

7.4 Общие понятия об электромагнитном оружии

7.5 Пути проникновения электромагнитного импульса в радиоэлектронную аппаратуру

7.6 Реализация электромагнитного оружия

7.7 Тактика применения электромагнитного оружия

7.8 Защита от электромагнитного оружия

Литература



1. Виды помех и способы их создания

1.1 Способы снижения эффективности применения радио- и оптико-электронных средств

Эффективность ведения разведки РЭБ [4] в значительной степени зависит от эффективности функционирования РЭС. В связи с этим уделяется большое внимание разработке и совершенствованию различных средств и способов борьбы с РЭС противника, исключающих или затрудняющих возможность их применения по боевому предназначению.

Эффективность применения РЭС может быть снижена путем их уничтожения или подавления. При уничтожении наносится такой ущерб, при котором полностью исключается возможность их применения. В результате подавления показатели эффективности функционирования РЭС ухудшаются частично (временно).

Наиболее эффективным средством поражения РЭС (как источников ЭМИ) являются ракеты с головками самонаведения (ГСН) на источник излучения. Применяемые в равносигнальном направлении (РСН) моноимпульсные системы автоматического сопровождения по направлению (АСН) и системы АСН с коническим сканированием обеспечивают высокую точность наведения ракет на источник ЭМИ.

Для обнаружения РЭС и выработки команд целеуказания противорадиолокационным ракетам используются специальные системы РТР, устанавливаемые на борту самолета-носителя ракет. Пеленгация РЭС производится фазовым или амплитудным методом.

Несколько слов о моноимпульсных РЛС. Оценивая помехозащищенность моноимпульсных РЛС по отношению к современным видам помех, необходимо учитывать, что моноимпульсный метод применяется лишь для измерения угловых координат. Что касается методов обнаружения, определения дальности и скорости, а также методов сопровождения по дальности и скорости, то они принципиально не отличаются от методов, реализуемых в обычных одноканальных РЛС сопровождения. Поэтому в этой части существует преемственность видов помех и способов защиты от них между одноканальными и двухканальными координаторами.

Повышенная помехозащищенность угломерного канала моноимпульсных систем связана с принципом его работы. Как известно, в моноимпульсных системах для точного определения направления на цель в принципе достаточно одного импульса. Поскольку за время существования импульса эффективная отражающая поверхность цели практически не меняется, то моноимпульсная система мало чувствительна к амплитудным флуктуациям отраженного сигнала и точность ее по сравнению с одноканальными угломерами выше. При этом за счет эффективного нормирования с помощью сигналов опорной ДН приемной антенны устраняется любая внешняя амплитудная модуляция. Отсюда следует, что угломерный канал мало чувствителен и к помехам с амплитудной модуляцией. Напротив, амплитудно-модулированная помеха, обладая определенным превышением по мощности над отраженным сигналом, облегчает работу моноимпульсного угломерного канала, так как увеличивает эквивалентную отражающую поверхность цели и диапазон дальностей, в котором возможно нормальное слежение за целью. Это справедливо не только для амплитудно-модулированных помех, но также и для помех с другими видами модуляции, излучаемыми из одной точки пространства, например частотно-модулированных и фазомодулированных помех, если только приемные каналы идентичны по амплитудно-фазовым характеристикам.

Однако на практике трудно создать совершенные моноимпульсные приемники, и поэтому могут иметь место те или иные недостатки конструктивного и схемного характера. Эти недостатки могут снижать помехоустойчивость радиолокационных устройств по отношению к активным помехам, в том числе к помехам, излучаемым из одной точки.

В соответствии с этим все_; возможные помехи угломерным каналам моноимпульсных РЛС можно разбить на две группы. К первой группе относятся помехи, создание которых обусловливается возможными конструктивно-схемными недостатками реализации моноимпульсного метода. Ко второй группе относятся помехи, создание которых возможно и при идеальной реализации моноимпульсного метода. К таким помехам относятся: помехи на кроссполяризации, двухчастотная, когерентная, мерцающая, перенацеливающая.

В основу РЭП положены изменения внешних условий их функционирования. Эти изменения достигаются преднамеренным воздействием электромагнитными излучениями на приемные устройства РЭС, применением ложных целей и ловушек, уменьшением радиолокационной и оптической контрастности (заметности) лоцируемых объектов и военной техники, изменением свойств (параметров) среды распространения электромагнитных волн, передачей дезинформирующих сигналов.

Ухудшение показателей эффективности функционирования при радиоэлектронном подавлении РЭС и ОЭС может проявляться в следующем:

· уменьшении дальности действия РЭС;

· снижении вероятности обнаружения сигналов (целей) на одной из фиксированных несущих частот в многоканальных РЭС;

· увеличении ошибки автоматического сопровождения цели по одному или нескольким параметрам (направлению, дальности или скорости);

· ухудшении разрешающей способности по дальности и т. д.

В крайнем случае, когда РЭП приводит к полному нарушению работы РЭС противника, оно называется



1.2 Помехи и их влияние на функционирование радиоэлектронных средств

Все радио- и оптико-электронные средства, средства радиоэлектронной разведки и радиоэлектронной борьбы, работают [4] реально в условиях мешающих воздействий. Применительно к РЭС мешающими воздействиями могут быть механические (вибрации, удары, перегрузки), климатические (изменения температуры, влажности, давления окружающей среды), воздействия внешних магнитных, электрических и электромагнитных полей. При наличии мешающих воздействий потенциальные возможности применения РЭС и ОЭС по предназначению снижаются.

Под помехами (в технике) понимается обширная область явлений (мешающих воздействий), препятствующих нормальному функционированию технических устройств, средств и систем.

Степень отклонения показателей качества функционирования от потенциально возможных зависит от многих факторов, прежде всего от вида помех и их интенсивности, от устойчивости РЭС к воздействию помех.

Все без исключения РЭС, упрощенные схемы которых приведены на рис. 1-3, включают в свой состав:

· источник электромагнитного излучения (передающее устройство, отражающий объект, источник теплового излучения);

· среду распространения электромагнитного излучения (ЭМИ);

· приемное устройство ЭМИ (рис. 4).

Рис. 1. Упрощенная схема систем радиосвязи

Рис.2 Упрощенная схема систем активной радиолокации

В каждом из составных звеньев (источнике, среде распространения и приемном устройстве ЭМИ) указанных систем могут действовать помехи.

Рис. 3. Упрощенная схема систем теплолокации радио и ИК-диапазонов

Рис. 4. Упрощенная обобщенная схема систем передачи, получения и извлечения информации

Искажения структуры сигнала, формируемой в передатчике, обусловливаются влиянием внутренних причин:

· флюктуациями напряжений источников питания;

· флюктуациями параметров элементов;

· флюктуациями коэффициентов усиления усилителей.

Подобные же причины искажений структуры принятого сигнала характерны и для приемного устройства.

Для внешних мешающих воздействий открытыми и уязвимыми звеньями систем передачи и получения информации являются приемные устройства ЭМИ и среда распространения.

Воздействие среды распространения на передаваемый (принимаемый) сигнал и возникающие при этом его искажения обусловлены неоднородностью физических параметров реальной среды (плотности, температуры, влажности, электронной концентрации ионосферы) и отличием этих параметров от параметров свободного пространства.

Чем больше отличие параметров реальной среды от параметров свободного пространства, тем больше диапазон флюктуаций параметров среды, тем больше искажения полезного сигнала, тем ниже эффективность функционирования РЭС.

Случайные изменения во времени пространственного положения неоднородностей атмосферы приводят к случайным изменениям параметров сигнала, предсказать которые, как и принять меры к их устранению, практически невозможно.

Параметры среды распространения ЭМИ могут быть изменены и искусственным образом путем применения определенных средств и способов. Это означает, что представляется возможность управлять как характером, так и степенью искажений сигналов, распространяющихся в среде.

Значительное влияние на эффективность функционирования РЭС могут оказывать помехи, возникающие за счет отражения (рассеяния) собственных электромагнитных излучений РЭС от земной поверхности. Электромагнитные волны, излучаемые антенной РЭС по основному и боковым лепесткам ее диаграммы направленности, рассеиваются земной поверхностью и объектами, находящимися на ней, в различных направлениях, в том числе и в направлении источника излучения - в направлении РЭС. Отраженные сигналы, поступая на вход приемника РЭС, оказывают мешающее воздействие. Интенсивность отражений зависит от длины волны и поляризации сигнала РЭС, угла облучения и отражающих свойств поверхности.

Отражение электромагнитных волн от реальных поверхностей представляет собой совокупность зеркальной (когерентной) и диффузной (некогерентной) составляющих. При облучении земной поверхности непрерывным гармоническим сигналом

отраженный от нее сигнал u_с^s(t) может быть записан в виде аддитивной смеси когерентной

u_ск^s(t) = U_mкcos(щ_ct-ш₀)

составляющей и некогерентной

u_с.нк^s(t) = U_mнкcos(щ_ct-ш₁(t))

составляющей (узкополосного гауссова шума):

где U_mк,ш₀ - амплитуда и фаза когерентной составляющей отраженного сигнала; U_mнк,ш₁(t) - амплитуда и фаза некогерентной составляющей, изменяющиеся во времени по случайному закону; U_m(t),ш(t) - амплитуда и фаза отраженного (результирующего) сигнала, изменяющиеся по случайному закону.

Наличие некогерентной составляющей свидетельствует о том, что спектр отраженного сигнала отличается от спектра сигнала, излучаемого РЭС.

Приемное устройство (антенна и приемник) - как открытое и уязвимое звено РЭС - подвержено воздействию всех внешних ЭМИ, спектр которых находится в пределах его полосы пропускания.

При приеме полезного u_c(t) и помехового u_п(t) сигналов на входе приемника РЭС может действовать аддитивная смесь

u_вх(t)=u_c(t) +u_п(t) ,

где u_вх(t) отличаются от параметров полезного сигнала. Степень отличия зависит от структур полезного и помехового сигналов, от их энергетического соотношения. Очевидно, что чем больше это отличие, тем больше потери принимаемой полезной информации, тем ниже эффективность функционирования РЭС в условиях воздействия помех.

Внешними мешающими ЭМИ - радиоэлектронными помехами - могут быть излучения: 1) естественного (природного), 2) искусственного происхождения.

К первым относятся:

· тепловое (электромагнитное) излучение Солнца, планет, земной поверхности и предметов, находящихся на ней;

· атмосферные ЭМИ (обусловленные, например, грозовыми разрядами);

· ЭМИ фона околоземного пространства (вызываемые потоком заряженных частиц в верхних слоях атмосферы).

Искусственные радиоэлектронные помехи (радиопомехи) создаются техническими средствами (в том числе РЭС), излучающими электромагнитную энергию, а также объектами, отражающими (рассеивающими) эту энергию. Радиопомехи могут быть неорганизованными (непреднамеренными, неумышленными) и специально организованными (преднамеренными, умышленными).

Неорганизованные радиопомехи РЭС возникают за счет воздействия на приемные устройства РЭС электромагнитных излучений РЭС и других технических средств и устройств. Радиопомехи, создаваемые перечисленными техническими средствами и устройствами, называются индустриальными. Неорганизованные радиопомехи, обусловленные одновременной работой нескольких РЭС, называют взаимными. Они возникают в тех случаях, когда спектры частот ЭМИ одних РЭС находятся в пределах полос пропускания приемников других.

1.3 Энергетические соотношения в условиях свободного пространства. ЭПР. Уравнение радиолокации

Свободное пространство (воздух, космическое пространство) представляет собой однородную непоглощающую среду, для которой относительная диэлектрическая и магнитная проницаемости равны единице, а удельная проводимость равна нулю (е = 1; м = 1; у = 0).

Все антенны в волновой зоне (дальней зоне) излучают сферические волны (рис. 5). Распространение такой волны сопровождается сферической расходимостью ее фронта и соответственно сферической расходимостью потока электромагнитной энергии по мере удаления от источника. В практике работы радиолиний в свободном пространстве ослабление напряженности поля из-за уменьшения плотности потока энергии во многих случаях определяет требования к энергетическим показателям аппаратуры.

Рис. 5. К выводу уравнения радиолокации

Поместим в свободном пространстве антенну, излучающую равномерно по всем направлениям (изотропный излучатель). Вокруг источника электромагнитных волн проведем воображаемую сферу радиуса R. Если к излучателю подведена мощность Р₁ и она равномерно распределяется по поверхности сферы с площадью 4рR², то средняя за период плотность потока мощности (мощность приходящаяся на единицу поверхности) равна

Известно, что значение П_ср, связано с действующими значениями напряженности электрического

Е_д и магнитного Н_д полей соотношением

.



Значения Е_д и Н_д связаны через характеристическое сопротивление свободного пространства W₀= 120р. Отсюда

Н_д = Е_д / 120р и

П_ср = Е_д² /120р.

Из сравнения двух выражений для П_ср получим формулу для расчета Е_д:

- действующего значения напряженности электрического поля в свободном пространстве для ненаправленного излучателя.

Амплитудное значение напряженности поля будет в раз больше, то есть

.

На практике обычно рассчитывается и измеряется действующее значение напряженности электрического поля Е_д. Реально изотропные антенны не существуют (существуют квазиизотропные) и антенны обладают направленностью. Направленные свойства антенн характеризуются формой диаграммы направленности, коэффициентом усиления G или коэффициентом направленного действия D.

Диаграмма направленности показывает зависимость напряженности поля от пространственных координат.

Коэффициент направленного действия (КНД) показывает во сколько раз надо уменьшить излучаемую мощность, если ненаправленную (изотропную) антенну заменить направленной для получения одинаковых значений напряженности поля в точке приема.

Коэффициент усиления (КУ) показывает во сколько раз надо уменьшить подводимую мощность, если ненаправленную (изотропную) антенну заменить направленной для получения одинаковых значений напряженности поля в точке приема. При этом КПД изотропной антенны принимается равным единице.

.

Произведение Р₁G₁ = Р_1экв называют эквивалентной мощностью излучения, которую надо подвести к ненаправленной антенне, чтобы получить в точке приема такую же напряженность поля, как от направленной антенны с коэффициентом усиления G₁, к которой подведена мощность Р₁.

Из формулы следует, что даже в свободном пространстве, среде без потерь, напряженность поля в точке приема убывает обратно пропорционально первой степени расстояния, что обусловлено уменьшением плотности мощности (среднего за период колебаний значения вектора Пойнтинга) при удалении от источника.

При расчете и проектировании радиолиний, особенно в диапазонах сантиметровых и дециметровых волн, необходимо знать мощность сигнала на входе приемника. Эта мощность определяется различно для радиолиний двух типов. На радиолинии 1-го типа (рис. 6) передача информации ведется непосредственно из пункта передачи в пункт приема.

Рис. 6. Радиолиния 1-го типа

На радиолиниях 2-го типа (рис. 7) принимаются сигналы, испытавшие пассивную ретрансляцию на пути от передатчика к приемнику. На этих линиях непосредственная передача энергии волны от источника до точки приема по каким-либо причинам не возможна (например, этот путь перекрыт препятствием).

Рис. 7. Радиолиния 2-го типа

На наземных радиолиниях с пассивной ретрансляцией на пути распространения имеется специальное пассивное антенное устройство (или другой объект), который облучается первичным полем и переизлучает его в виде вторичного поля, предназначенного для приема. По такому же принципу работают системы пассивной радиолокации, где первичное поле облучает обнаруживаемую цель, а поле, переизлученное целью, принимается локатором.

На любой радиолинии мощность на входе приемного устройства Р₂ связана с плотностью потока мощности в месте приема П₂ соотношением

Р₂ = П₂S_дз₂,

где з₂ - КПД фидера приемной антенны;

S_д = D₂л² /4р

- действующая площадь приемной антенны.

На радиолинии 1-го типа в условиях свободного пространства плотность потока мощности в месте приема равна

,

где Р₁ - мощность на выходе передающего устройства, з₁-КПД передающего фидера, D₁ - коэффициент направленного действия передающей антенны. Для радиолинии 1-го типа мощность на входе приемника в условиях свободного пространства равна

, то есть

- уравнение радиолокации 1-го типа.

На радиолинии 2-го типа значение П₂ зависит от тех же параметров, что и на линии 1-го типа, и, кроме того, от переизлучающих свойств ретранслятора. Если какое-либо тело облучается полем, то его способность переизлучать это поле оценивается эффективной площадью рассеяния у_эф (ЭПР). Величина ЭПР зависит от формы, размеров, электрических свойств материала из которого выполнен переизлучатель, а так же от его ориентации относительно направления распространения первичного поля и направления на прием.

ЭПР равна площади поперечного сечения идеального изотропного отражателя, создающего в точке приёма такое же поле, как и цель.

Если около переизлучающего тела плотность потока мощности первичного поля

П₁ = Р₁з₁D₁ F₁²(и,ц)/ (4рR²),

то переизлученная мощность

Р₂= П₁у_эф,

а плотность потока мощности вторичного поля вблизи приемной антенны в условиях свободного пространства

П₂ = Р₂ / (4рR₂²) или

.

Тогда мощность на входе приемного устройства для радиолинии 2-го типа

или

.

В тех случаях, когда передача и прием осуществляются в одной точке R₁ = R₂ = R и на одну антенну, получается уравнение радиолокации

.

Если Р₂ задано, то можно вычислить R_max:

.

Из формул видно, что в свободном пространстве при отсутствии пассивного ретранслятора на линии мощность на входе приёмника уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, а при работе с ретранслятором - обратно пропорционально четвертой степени. Такое быстрое убывание поля на линиях 2-го типа объясняется тем, что поле дважды испытывает расходимость сферического фронта волны: первичное поле - на пути от источника (передающей антенны) до пассивного ретранслятора и вторичное поле - на пути от ретранслятора до пункта приема.

1.4 Классификация и краткая характеристика организованных радиопомех

Организованные радиопомехи [4] создаются преднамеренными действиями противоборствующих сторон в целях снижения эффективности функционирования РЭС противника. Для их создания применяются специальные средства и устройства (станции и передатчики радиопомех, дипольные, уголковые и линзовые отражатели, радиолокационные и ИК-ловушки и др.).

Создание помех возможно также преднамеренным воздействием на среду распространения электромагнитной энергии, излучаемой или принимаемой РЭС или ОЭС. В результате воздействия на среду могут возникать искусственные локальные или протяженные образования (например, искусственные ионизированные области в атмосфере), параметры которых отличаются от параметров окружающей среды распространения ЭМИ от источника к приемному устройству.

Создание радиопомех является одним из основных способов подавления РЭС и ОЭС, так как независимо от назначения и типа их приемные устройства подвержены (при соблюдении определенных условий) воздействию электромагнитных излучений - помеховых сигналов.

Здесь и далее под помеховым сигналом будем понимать напряженность e_u(t) электрического поля внешнего (мешающего) электромагнитного излучения, действующего на входе антенны, или напряжение u_n(t) на выходе приемника подавляемого РЭС, выраженные как функции времени.

Организованные радиопомехи можно классифицировать:

· по способу формирования;

· конечному результату (эффекту) воздействия на РЭС (ОЭС);

· соотношению ширины спектра помехового сигнала и полосы пропускания подавляемого канала РЭС (ОЭС);

· классам и назначению подавляемых РЭС (ОЭС);

· способам создания и т. д.

В зависимости от способа формирования (образования) организованные радиопомехи могут быть активными, пассивными и комбинированными (активно-пассивными).

Активные организованные радиопомехи создаются специальными передатчиками или станциями радиопомех, излучающими помеховые сигналы той или иной структуры.

По структуре (закону изменения параметров во времени) помеховые сигналы могут быть детерминированными (неслучайными) или случайными, непрерывными или импульсными, немодулированными или модулированными.

Детерминированные помеховые сигналы - сигналы, описываемые определенной функцией времени. Это, например, непрерывные немодулированные высокочастотные синусоидальные колебания, непрерывные синусоидальные колебания, модулированные по амплитуде синусоидальным колебанием.

Случайными называют помеховые сигналы, параметры которых (или хотя бы один из параметров) изменяются во времени случайным образом, т. е. являются случайными функциями времени. Примером служат шумовые помеховые сигналы.

Непрерывные помеховые сигналы - это высокочастотные детерминированные или случайные колебания, непрерывно изменяющиеся во времени.

Импульсные помеховые сигналы представляют собой прерывистые во времени последовательности высокочастотных колебаний.

Параметры непрерывных (амплитуда, частота, фаза) и импульсных (амплитуда, длительность импульсов, временное положение относительно импульсов полезных сигналов) могут изменяться преднамеренно во времени по детерминированному или случайному закону в соответствии с законом изменения параметров модулирующего колебания. В этом случае помеховые сигналы называют модулированными.

Непрерывные модулированные помеховые сигналы в зависимости от модулируемого параметра подразделяют на амплитудно-, частотно- и фазомодулированные сигналы. Импульсные помеховые сигналы, параметры которых изменяются во времени по случайному закону, называют хаотическими импульсными помеховыми сигналами.

Выбор структуры помехового сигнала (при его формировании в передатчиках или станциях помех, при организации РЭП) зависит от структуры построения приемного устройства и структуры полезного сигнала подавляемого РЭС, от требуемого (заданного) эффекта воздействия помехового сигнала (подавление полезного сигнала, маскировка полезного сигнала или его имитация и др.).

Активные радиопомехи используются для подавления всех без исключения РЭС и ОЭС.

Пассивные организованные радиопомехи возникают вследствие отражения (рассеяния) электромагнитной энергии, излучаемой РЭС или ОЭС, от искусственно (преднамеренно) создаваемых образований (облаков или протяженных полос дипольных отражателей, уголковых или линзовых отражателей, аэрозолей и др.). Помеховый сигнал, возникающий за счет отражения, чаще всего является случайным.

Структура (параметры) помехового сигнала, воздействующего на подавляемые РЭС, будет определяться структурой полезного сигнала РЭС, взаимным пространственным положением подавляемого РЭС и искусственного образования, количеством элементарных отражателей, попавших в поле зрения диаграммы направленности антенны подавляемого РЭС.

Пассивные радиопомехи применяются для подавления радио- и оптико-локационных средств. При создании пассивных радиопомех могут решаться задачи маскировки или имитации сигналов, отраженных от целей.

Комбинированные (активно-пассивные) организованные радиопомехи образуются за счет отражения (рассеяния) электромагнитной энергии, излучаемой станцией радиопомех в направлении искусственного или естественного образования.

Структура помехового сигнала, воздействующего на подавляемое РЭС, определяется в этом случае структурой помехового сигнала станции помех, параметрами отражающего образования, взаимным пространственным положением источника облучения (станции помех), облучаемого образования и подавляемого РЭС, скоростью изменения взаимного пространственного положения и другими факторами.

В зависимости от конечного результата воздействия на РЭС (ОЭС) активные и пассивные радиопомехи разделяются на маскирующие и имитирующие.

При воздействии маскирующих радиопомех (маскирующих помеховых сигналов) на входе приемного устройства подавляемого РЭС создается мешающий фон (в дополнение к фону, образованному внутренними шумами приемника), который исключает или затрудняет получение полезной информации.

Маскирование может осуществляться:

· по параметрам полезного сигнала (амплитуде, несущей частоте, фазе, спектру);

· по параметрам местоположения лоцируемого объекта (угловым координатам, дальности);

· по радиальной скорости движения (доплеровскому приращению частоты сигнала) и т.д.

В результате маскирования ухудшаются характеристики обнаружения РЛС (снижается вероятность правильного обнаружения или повышается вероятность ложной тревоги), ухудшается разрешающая способность и точность определения параметров положения лоцируемых объектов, затрудняется выделение передаваемых сообщений (команд) в линиях радиосвязи и телеуправления, увеличиваются ошибки определения параметров сигналов разведываемых РЭС, вносятся ошибки или происходит срыв автоматического сопровождения цели (по направлению, дальности, скорости).

Эффективность маскирующих радиопомех зависит от частотной и временной структуры помехового и полезного сигналов и их энергетического соотношения на входе приемника подавляемого РЭС.

В качестве активных маскирующих радиопомех используются преимущественно непрерывные шумовые сигналы. Пассивные маскирующие радиопомехи создаются искусственными образованиями большой протяженности.

Имитирующие радиопомехи вносят ложную информацию при приеме и обработке сигналов, принимаемых РЭС. Значения параметров имитирующего помехового сигнала (поляризация, несущая частота амплитуды, _и, Т_п, вид модуляции и др.) обычно близки к значениям параметров полезных сигналов, используемых в РЭС для получения полезной информации.

В качестве примеров имитирующих радиопомех можно привести многократные ответные (ретранслируемые) импульсные радиопомехи РЛС обнаружения воздушных целей, прицельные по частоте сканирования радиопомехи системам АСН с коническим сканированием, уводящие по дальности или скорости радиопомехи системам АСД и АСС РЛС управления оружием.

При создании имитирующих радиопомех РЛС обнаружения на экранах их индикаторов возникают ложные радиолокационные отметки, подобные отметкам от реальных целей. Анализ и оценка воздушной обстановки в таких условиях усложняются.

Воздействие имитирующих радиопомех на РЛС управления оружием может приводить к увеличению ошибок сопровождения цели (по направлению, дальности, скорости), к переводу РЛС с сопровождения истинной цели на сопровождение ложной.

В зависимости от соотношения ширины спектра радиопомехи и полосы пропускания подавляемого канала РЭС радиопомехи подразделяются на прицельные и заградительные. Прицельными и заградительными радиопомехи могут быть по несущей частоте, по частоте модуляции несущего колебания (например, по частоте сканирования), по доплеровской частоте.

Прицельные радиопомехи по частоте характерны тем, что ширина их спектра соизмерима с шириной полосы пропускания подавляемого канала РЭС (при условии, что средняя частота помехового сигнала примерно равна резонансной частоте подавляемого канала). Так, прицельные радиопомехи по несущей частоте имеют ширину спектра, соизмеримую с шириной спектра полезного сигнала (шириной полосы пропускания приемника) подавляемого РЭС, а прицельные по доплеровскому приращению частоты отраженного сигнала - с шириной полосы пропускания узкополосного фильтра системы АСС.

Заградительные радиопомехи имеют ширину спектра, существенно (в 10 и более раз) превышающую полосу пропускания подавляемого канала РЭС. При применении заградительных радиопомех имеется возможность одновременного подавления однотипных РЭС, работающих на близких несущих частотах (радиопомехи, заградительные по несущей частоте), или подавления соответствующих каналов РЭС при отсутствии точных данных об их параметрах (радиопомехи, заградительные по частоте сканирования, по доплеровскому приращению частоты).

Прицельными и заградительными радиопомехи могут быть и по другим параметрам: по направлению, дальности, поляризации, коду, длительности и периоду следования импульсов.

Радиопомехи можно классифицировать также по классам и назначению подавляемых РЭС или подавляемых каналов РЭС:

· помехи радио- и оптико-электронным средствам связи;

· навигации;

· локации;

· управления объектами; радиопомехи РЛС, работающим в режиме обзора или автоматического сопровождения цели;

· радиопомехи системам АСН, АСД, АСС и т. д.

Способ создания радиопомех (способ применения средств создания радиопомех) предусматривает применение таких видов помеховых сигналов (шумовых, непрерывных, детерминированных, случайных, модулированных по амплитуде, частоте и т. д.), а также действий (или последовательности действий), в результате которых обеспечивается требуемое снижение эффективности функционирования РЭС.

1.5 Математическое описание помеховых сигналов

Математическое описание помеховых сигналов позволяет определять требования на их структуру в целях подавления РЭС заданного класса и назначения или анализировать воздействие сигналов заданной структуры на РЭС различных классов.

Рассмотрим отдельно методы описания детерминированных и случайных помеховых сигналов [4].

Для описания детерминированных помеховых сигналов используются их временные и спектральные представления.

Периодические детерминированные сигналы имеют линейчатые (дискретные) спектры, а непериодические - сплошные.

Для детерминированных сигналов u(t) справедливо соотношение (теорема Парсеваля) для энергии Е сигнала:

,

где S(щ) -спектральная функция сигнала.

Это выражение устанавливает связь между энергией Е сигнала, выделяемой на единичном сопротивлении (1 Ом), и спектральной функцией. Величина характеризует часть энергии dE сигнала, содержащуюся в полосе частот dщ. Эту величину называют спектральной плотностью энергии сигнала:

.

Спектральная плотность энергии сигнала характеризует распределение энергии по частоте

.

Для описания детерминированных сигналов используют также их автокорреляционные функции (АКФ). Они характеризуют степень связи (корреляции) сигнала со своей копией, сдвинутой на интервал времени .

При конечной длительности сигнала его АКФ

.

Взаимную корреляцию двух сигналов u₁(t) и u₂(t) характеризует взаимно корреляционная функция (ВКФ), определяемая выражением:

.

Автокорреляционная функция синусоидального сигнала

определится выражением

Автокорреляционная функция сигнала является четной функцией R()=R(-) и имеет максимум при =0 (для непериодических функций), ноль - при , то есть .

Простейшим (по структуре) детерминированным непрерывным помеховым сигналом является немодулированное синусоидальное высокочастотное колебание, излучаемое на несущей частоте подавляемого РЭС или на частоте, значение которой находится в пределах полосы пропускания приемника подавляемого РЭС.

Аналитическое выражение для этого вида помехового сигнала имеет вид

,

где U_mп, щ_п и ш_п - соответственно амплитуда, частота и начальная фаза помехового сигнала.

Детерминированные непрерывные модулированные помеховые сигналы формируются при модуляции высокочастотных колебаний по амплитуде, частоте или фазе (или одновременно по нескольким параметрам) детерминированными низкочастотными колебаниями. При амплитудной модуляции высокочастотного колебания низкочастотным колебанием выражение для помехового сигнала имеет вид

,

где U_mп, щ_п, ш_п - соответственно амплитуда, частота и начальная фаза высокочастотного колебания; Щ_п, ц_п - соответственно частота и начальная фаза низкочастотного (модулирующего) колебания; m_п - коэффициент модуляции.

Модуляция непрерывных высокочастотных колебаний может осуществляться и несколькими низкочастотными синусоидальными колебаниями или низкочастотным колебанием переменной частоты, например

Щ_п(t)= Щ_п0+? Щ_пcos Щ_mt.

Примером детерминированных импульсных помеховых сигналов являются ответные (ретранслируемые) сигналы, имитирующие сигналы импульсных РЛС. Помеховые сигналы формируются в станциях радиопомех путем приема сигналов подавляемой РЛС, их усиления и преобразования. Они могут быть однократными или многократными, с постоянной или изменяющейся во времени задержкой относительно принимаемого сигнала. Их параметры (форма огибающей, частота высокочастотного заполнения, длительность и период следования) чаще всего близки к параметрам полезных сигналов подавляемого РЭС.

Широкое распространение в практике РЭП получили помеховые сигналы, у которых хотя бы один параметр - амплитуда, частота, фаза, длительность импульсов и т. д.- является случайной функцией времени. К таким сигналам относятся непрерывные шумовые и хаотические импульсные помеховые сигналы.

Непрерывные шумовые помеховые сигналы являются наиболее универсальными, так как их воздействие эффективно при подавлении РЭС различного назначения. В зависимости от способа формирования шумовые сигналы подразделяют на немодулированные - прямошумовые (сигналы, амплитуда, частота и начальная фаза которых изменяются во времени случайным образом) и модулированные шумовые, образуемые модуляцией незатухающих высокочастотных колебаний шумом по амплитуде, частоте, фазе или одновременно по нескольким параметрам.

Хаотические импульсные помеховые сигналы представляют собой последовательность высокочастотных импульсов, параметры которых (амплитуда, частота, фаза, длительность и период следования) изменяются во времени случайным образом.

Для характеристики случайных помеховых сигналов u_п(t) используются методы теории вероятностей. Параметры этих сигналов могут быть заданы усредненными (статистическими) характеристиками, например математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением. Вычисление этих характеристик требует распределения вероятностей мгновенных значений рассматриваемого параметра w(u_п).

Для стационарных помеховых сигналов с гауссовым законом распределения мгновенных значений u_п (t) одномерная плотность распределения вероятностей определяется выражением

,

где - постоянная составляющая (среднее значение) напряжения помехового сигнала; у_п² - дисперсия (мощность) помехового сигнала на сопротивлении в 1 Ом; т.к. стационарный случайный процесс не зависит от начала отсчета времени, то

w(x₁, x₂, t₁, t₂)= w(x₁, x₂, t₁+ t₀,, t₂+ t₀).

Для стационарных эргодических сигналов любые характеристики получают усреднением реализаций по времени. Соответственно выражения для среднего значения и дисперсии помехового сигнала имеют вид:

,

.

Автокорреляционная функция стационарного эргодического процесса определяется усреднением одной реализации помехового сигнала по времени

.

На практике пользуются нормированными АКФ

.

Для количественной характеристики АКФ используют так называемое время (интервал) корреляции помехового сигнала

,

где с () - огибающая АКФ.

Величина

_к характеризует (в среднем) интервал времени, на котором мгновенные значения помехового сигнала взаимосвязаны (коррелированы). Для стационарных процессов (помеховых сигналов)

_к =1/?f_п ,

где ?f_п - ширина спектра помехового сигнала.

Важнейшей характеристикой шумовых помеховых сигналов является спектральная плотность, определяющая распределение их мощности по частотам:

,

где ?Р_п - мощность помехового сигнала на интервале частот ?f. Полная мощность помехового сигнала

.

Если спектральная плотность случайного процесса G_п(f) = N₀ = const в бесконечной полосе частот, то такой процесс называют "белым" шумом. АКФ такого процесса определяется выражением

R()=N₀д()/2,

где д() - дельта-функция. Реальные помеховые сигналы имеют равномерный спектр в ограниченной полосе частот

?f_п=?f_max -?f_min.

В этом случае мощность помехового сигнала

P_п=G_n?f_п.

Помеховый сигнал рассматривается как "белый" шум, если его спектр практически равномерен в пределах полосы пропускания приемника подавляемого РЭС. Для мощности таких помеховых сигналов на выходе линейной части приемника (на выходе УПЧ) справедливо примерное равенство

P_{п вых}=k_пр²G_п(f)?f_пр,

где G_n(f) - спектральная плотность помехового сигнала на входе приемника; k²_пр - коэффициент усиления приемника по мощности на резонансной частоте его настройки.

Для характеристики хаотических импульсных помеховых сигналов используются законы распределения их параметров - амплитуд U_mп, длительность импульсов _и, временных интервалов между ними Т_п и средних значений этих параметров.

Маскирующие свойства помеховых сигналов характеризуют понятием "качество шума". Количественным показателем маскирующих свойств является так называемый коэффициент качества шума, определяемый выражением

з_ш= Р'_ш /Р_{ш ,}

где Р'_ш и Р_ш - значения мощностей сравниваемого помехового сигнала и "белого" нормального шума на входе линейной части приемника, при котором обеспечивается одинаковый эффект подавления РЭС (например, обеспечивается снижение вероятности обнаружения сигнала до заданного значения при фиксированном значении вероятности ложной тревоги).



1.6 Особенности воздействия на радиоэлектронные средства

Для подавления РЭС определенного класса и назначения (РЭС связи, локации, навигации, управления) применяются помеховые сигналы различного вида. Их воздействие на РЭС может приводить:

· к перегрузке его приемника;

· к маскированию;

· к искажению или имитации полезных сигналов.

На конечный результат (эффективность) воздействия оказывают влияние:

· соотношение мощностей помехового и полезного сигналов или абсолютное значение мощности помехового сигнала на входе приемника подавляемого РЭС;

· соотношение ширины спектра помехового сигнала и полосы пропускания подавляемого устройства (приемника, системы АСН, АСС);

· структура полезного сигнала, структура построения подавляемого устройства и способы повышения помехоустойчивости, применяемые в РЭС;

· степень взаимной когерентности или коррелированности помехового и полезного сигналов или взаимной когерентности помеховых сигналов, действующих на входе приемника подавляемого РЭС, и др.

Поэтому выбор вида и параметров помехового сигнала (его амплитудной, частотной, фазовой и поляризационной структуры) должен осуществляться с учетом структуры полезного сигнала и особенностей функционирования подавляемого РЭС, требуемого (заданного) эффекта и особенностей воздействия. Рассмотрим возможности применения некоторых видов помеховых сигналов для подавления РЭС.

Помеховый сигнал в виде немодулированного гармонического колебания в принципе может быть использован для подавления всех без исключения РЭС. Его воздействие на РЭС может приводить к перегрузке приемника или искажению полезного сигнала. Эффективность воздействия зависит от абсолютного значения мощности помехового сигнала на входе приемника, соотношения амплитуд помехового и полезного сигналов, разности их несущих частот и начальных фаз, вида полезного сигнала и способа обработки сигналов в приемнике, от степени взаимной коррелированности помехового и полезного сигналов. Для обеспечения мешающего воздействия необходимо, чтобы разность несущих частот помехового и полезного сигналов не превышала примерно половины ширины полосы пропускания линейной части приемника подавляемого РЭС, т. е.

?f= |f_п - f_c |?0.5?f_пр .

При выполнении этого условия и одновременном воздействии помехового и полезного сигналов с частотами щ_п и щ_с и с произвольным соотношением начальных фаз ш_п и ш_с на входе УПЧ приемника в результате взаимодействия сигналов образуется результирующее напряжение, амплитуда которого

,

где U_mп и U_mс - амплитуды помехового и полезного сигналов; ш_р = ш_п - ш_с - разность начальных фаз помехового и полезного сигналов; щ_б=|щ_п-щ_с| - частота биений.

При случайном изменении разности частот или фаз (например, из-за нестабильности частоты генератора помеховых сигналов) мешающее воздействие помехового сигнала проявляется в том, что амплитуда результирующего сигнала изменяется во времени случайным образом.

При большой мощности помехового сигнала может наступить перегрузка приемника помеховым сигналом, при которой прием полезного сигнала исключается.

Приближенным аналогом подобного рода взаимодействия сигналов является многопутное распространение электромагнитных волн от источника к приемнику, возникающее в линиях радиосвязи за счет их отражений от протяженных образований естественного происхождения (земной поверхности, ионосферы). При взаимодействии прямого сигнала и зеркальной (когерентной) составляющей сигнала, отраженного от образования, в точке приема возникает явление интерференции и как результат - замирание принимаемого сигнала. Показатели качества ведения радиосвязи в таких случаях снижаются.

Подобная картина взаимодействия сигналов имеет место при локации маловысотных воздушных объектов, при наведении ракет класса "воздух - воздух" на воздушные цели (при их полетах на малых высотах), при создании радиопомех системам АСН путем искусственного подсвета земной поверхности.

Помеховые сигналы в виде немодулированного синусоидального колебания не нашли широкого применения. Это объясняется тем, что, во-первых, при создании радиопомех требуется высокая точность настройки частоты передатчика радиопомех на частоту подавляемого РЭС и, во-вторых, от воздействия этих помеховых сигналов можно легко избавиться путем включения в тракт усиления колебаний радиочастоты режекторных (вырезающих) фильтров.

Воздействие на приемник РЭС детерминированных амплитудно-модулированных помеховых сигналов с несущей частотой щ_п и начальной фазой ш_п (при условии |щ_п- щ_c|?0.5?щ_пр) может приводить, так же как и рассмотренного выше немодулированного сигнала к перегрузке приемника, искажению или имитации полезного сигнала РЭС. Последнее имеет место, например, при создании помех системам АСН с коническим сканированием.

Детерминированные импульсные помеховые сигналы используют как имитирующие радиопомехи при подавлении РЭС, работающих в импульсном режиме излучения (импульсные РЛС, командные радиолинии управления с импульсной модуляцией). Для эффективного воздействия этого вида помех необходимо, чтобы их параметры (f₀, _и, Т_п) были бы примерно равны по своим значениям параметрам полезных сигналов подавляемых РЭС.

Непрерывные шумовые помеховые сигналы могут применяться для подавления всех без исключения РЭС в качестве маскирующих радиопомех. Поэтому важным параметром этого вида сигналов является коэффициент качества шума

з_ш= Р'_ш /Р_ш.

Среди шумовых помеховых сигналов наилучшими маскирующими свойствами (при равных средних мощностях и ширине спектров) обладают прямошумовые помеховые сигналы.

Хаотические импульсные помеховые сигналы по результату воздействия на РЭС относятся к маскирующим радиопомехам. Эффективность данных радиопомех в значительной степени зависит от соотношения средних значений параметров импульсной последовательности (временного интервала между импульсами и их длительности) с параметрами подавляемого РЭС, в частности, с шириной полосы пропускания приемника.



2. Формирование сигналов в передатчиках радиопомех

2.1 Построение передатчиков прямошумовых радиопомех

Краткая характеристика способов формирования помеховых сигналов. К настоящему времени определились два основных способа формирования помеховых сигналов [4] в передатчиках, работающих в радиодиапазоне:

· путем автогенерации колебаний с последующим их усилением (или без него);

· путем модуляции несущего колебания по тому или иному параметру.

В качестве примера реализации первого способа могут служить так называемые передатчики прямошумовых радиопомех (ПШП) различных типов.