Пассивные помехи

1.

Пассивные помехи
«Виндоу» — средство создания пассивных радиолокационных помех,
разработанное английскими специалистами во время Второй мировой войны
для защиты бомбардировочной авиации.
В техническом исполнении это были просто полоски металлизированной бумаги
(станиоль), размер которых был подобран таким образом, чтобы они были
видны в диапазоне частот от 3 до 6 ГГц. Именно в этом диапазоне работали
немецкие локаторы.
Весившие всего несколько килограмм эти полоски сбрасывались с
бомбардировщиков при подлёте к цели. Полоски рассеивались в виде облака,
которое на экране локатора выглядело подобием самолёта, что вводило
операторов в заблуждение и мешало точному наведению на цель ночных
истребителей, прожекторов и зенитных орудий.
Первое испытание «Виндоу» было осуществлено королевскими ВВС во время
ночного налёта на Гамбург 24 июля 1943 года. Результаты превзошли все
ожидания. Возникла путаница между наземными системами наведения и
истребителями в воздухе, которые не находили указанных им целей.
В течение нескольких месяцев потери английских бомбардировщиков
сократились наполовину и до конца войны, хотя число немецких истребителей
возросло в четыре раза, потери не достигали такого уровня, как до применения
«Виндоу».
Немцы были в недоумении, пока какой-то фермер не принёс в комендатуру
странные полоски фольги, которые он собрал на своём участке.

2.

Противорадиолокационная маскировка (дезинформирующие
помехи)
С помощью специальных отражающих объектов можно замаскировать
реальные цели, изменить радиолокационную карту отражения от местности,
т. е. создать дезинформирующие помехи.
Применяются уголковые отражатели, линзы Люнеберга и др. активные
отражатели, являющиеся фактически ретрансляторами локационного
излучения. Таким образом создают искусственные объекты в стороне от
маскируемого объекта.
Маскировка естественными пассивными помехами.
Поперечный размер элемента разрешения зависит от дальности до РЛС и
потому при маскировке цели пассивной помехой радиолокационный контраст
снижается с увеличением дальности.
Маскировка искусственными пассивными помехами.
Основным средством создания искусственных пассивных помех, начиная с
30-х г. является облако пассивных полуволновых отражателей.
Расчет плотности облака пассивных помех.
Наибольшее распространение получило использование дипольных
противорадиолокационных отражателей – полуволновых отражателей
(металлизированные бумажные ленты, фольга, синтетическое волокно).
Характеристики: ЭПР, диапазонность, время развертывания, параметры
спектра отражений).

3.

S 0,856 cos
2
Д
ЭПР одиночного диполя определяется как
.
Θ –угол между осью диполя и направлением излучения. Т.к. ориентация диполей
произвольна, то среднее значение ЭПР одного диполя равно
2
Д
Для облака из N диполей с коэффициентом разлета η<1 ЭПР имеет вид:
S 0,172
S Д 0,172 2 N
Поперечный размер диполя влияет на коэффициент
d
формы. Для
цилиндрических диполей А=L/d
W
Для прямоугольных диполей А=4L/W , где W – ширина диполя. L
Резонансная частота диполя должна совпадать с несущей частотой РЛС или
быть ей кратной. При этом ЭПР – MAX.
При увеличении коэф-та
формы зависимость более
резкая.
S/Sp
Недостаток – узкий частотный
диапазон.
1
f/fp

4.

Используют диполи разной длины. Обычно длина диполя выбирается несколько
меньшей, чем λ/2 и степень укорочения также зависит от поперечных размеров d.
Если концентрация
разрешения
n
диполей в единице объема V
, то ЭПР одного элемента
S Д 0,172 2 N V
Среднее число диполей на длину элемента разрешения
c и nn n уп
Nи
2 Rп
где nn– число одновременно сбрасываемых пачек диполей, ΔRn – расстояние
между соседними пачками диполей (произведение скорости ПП на интервал
сбрасывания).
kc nn / Rn nn /( vnt n ) число пачек на единицу пути
S
c и
S Д N и 0,17
2
2
n уп kc
Автомат
сбрасывания
электромеханического,
пневматического
или
пиротехнического типа. Диспенсеры нарезают диполи на основе данных
радиолокационной разведки.

5.

Наиболее просты буксируемые ловушки (линзы Люнеберга, уголковые отражатели)
на тросе L< 10 km. УО бывают круглые, с прямоугольными и угловыми гранями.
кругл
ЭПРугол
.отр
ЭПР
прямоуг
угол.отр
2 a
4
треуг
ЭПРугол
.отр
2
4 a 4
4 a 4
2
3
ЭПРлинзыЛюн
2
-
4 3a 4
3 2
треугольный уголковый отражатель

6.

Линзы Люнеберга представляют собой диэлектрические шары с переменным
коэффициентом преломления и внутренней кольцевой металлизацией, от
которой сфокусированная волна отражается. Конструкция линзы предложена
американским учёным Р. К. Люнебергом (Luneberg) в 1944. Они применяются
в радиолокационных устройствах сантиметрового диапазона волн. Имеют
сферическую или цилиндрическую форму. Коэффициент преломления
материала линзы не остаётся постоянным по всей линзе, а зависит от
расстояния до её центра (сферическая Л. л.) или оси (цилиндрическая Л. л.).
Эта зависимость подбирается так, что после прохождения через линзу фронт
волны получается плоским. Перемещением облучателя по поверхности
линзы можно практически изменять направление максимального излучения в
телесном угле до 2π при неизменной форме диаграммы направленности.
Ширина луча зависит от ширины полосы
металлизации.
Для увеличения ЭПР используют несколько линз или уголковых отражателей.
Для дальнейшего увеличения ЭПР применяют активные ловушки (ретрансляторы).

7.

УВ-30МК, устройство выброса пассивных помех
Предназначено для защиты самолетов и вертолетов от управляемых ракет путем
постановки помех их системам наведения и исполнительным механизмам в
оптическом и радиодиапазонах электромагнитных волн.
Технические особенности
Режимы работы и управления: ручной, полуавтоматический, автоматический,
дежурный, ускоренный, встроенный контроль, тренаж.
Типовое количество блоков выброса на носителе: от 2 до 8.
Устройство выброса работоспособно во всем диапазоне воздействия
динамических нагрузок и климатических факторов, соответствующих условиям
полета носителей.
Применение снаряженного устройства выброса обеспечивается в течение 30
суток без снятия и проведения дополнительных проверок и регулировок.
Обеспечивается встроенный контроль работоспособности с идентификацией
неисправности до сменного субблока, индикация фактического наличия (остатка)
патронов и состояния устройства, полная ускоренная разгрузка снаряжения.
Основные характеристики
• Количество предварительно программируемых и оперативно выбираемых в полете
программ отстрела - до 99
• Количество типов одновременно снаряженных патронов - 3
• Количество каналов отстрела - 3
• Общее количество патронов в устройстве (калибра 50 мм), шт
при 2-х блоках выброса - 28
при 8-и блоках выброса - 112
• Общая масса устройства (неснаряженного), кг
при 2-х блоках выброса - 30
при 8-и блоках выброса - 96

8.

9.

82-мм корабельный комплекс выстреливаемых помех ПК-16
Предназначен для постановки радиолокационных и оптико-электронных отвлекающих
ложных целей для противодействия управляемому оружию с радиолокационными и
оптико-электронными системами наведения.
В состав комплекса входят:
- две 82-мм пакетные пусковые установки (ПУ) ПК-16;
- пульт управления; выпрямительное устройство.
Комплекс размещается на надводных кораблях малого и среднего водоизмещения
проектов 206МР, 1135, 1135М, 61М, 1241, 1124 и др.
Основные характеристики:
Калибр ПУ, мм
82
Количество направляющих ПУ, шт.
16
Режимы стрельбы:
ручной
одиночными выстрелами
автоматический:
одиночными выстрелами с интервалом, с
от 20 до 100 дискретно через 10 с
очередями с темпом, выстр./с
1-2
интервал между очередями, с
от 20 до 100
Количество снарядов в очереди, шт.
2-3
Заряжание
ручное
Дальность постановки ложных целей, м
от 200 до 1800

10.

11.

Вид индикатора кругового обзора при наличии пассивных помех

12.

Вид индикатора кругового обзора при включении системы СДЦ наличии пассивных помех

13.

цели
Вид индикатора кругового обзора при адаптивной системе СДЦ наличии пассивных помех

14.

Методы защиты РЛС от пассивных помех
Мощность пассивных помех (ПП) значительно превышает мощность сигналов
целей и шумов. В результате перегружается приемник РЛС, маскируются сигналы
целей, повышается вероятность ЛТ.
Защита от ПП осуществляется в антенном тракте, тракте ВЧ, ПЧ
(внутриимпульсная обработка), видеочастоты (межпериодная обработка).
Создаются ДНА с «подрезанной» нижней кромкой, двухлучевые антенны с
компенсацией, используется ВАРУ, МАРУ и БАРУ.
Для защиты РЛС от пассивных помех в такте видеочастоты используются
свойства, отличающие их от сигнала цели:
1. узкополосный характер спектра ПП;
2. центральная частота спектра ПП незначительно смещена относительно
несущей частоты зондирующего сигнала.
S(f)
ц1
П
АЧХ РФ
ц3
ц2
Уровень шума
f0--FД1 f0
f0+FД2
f
f0+FД3
Рис. Спектры сигналов цели, пассивной помехи и шума, АЧХ режекторного фильтра

15.

Спектрально-временные характеристики пассивных помех
Корреляционная функция, спектральная плотность мощности, плотность
распределения вероятностей.
WN ( u) пш
WN (u)спш
1 T 1
exp u R u
N
2
( 2 ) det R
1
H0
1
exp (u s)T R 1 (u s)
2
(2 ) N det R
1
2
f
f
2
0
п2 f п0
exp 2,8
f п
2
2
2
2
f пTk
Rп (k ) п0 п (k ) п0 exp
2,8
H1

16.

2
по
с( f )
f f0
1 2
f с
Rc (k ) c2 c (k ) c2 exp f cT k
WN (u)спш
( u)
WN ( u)пш
1 T 1
ξ ln (u) u R s s R s
2
H 1
H
ξ ln (u) u R s u Qs
T
1
Q – матрица обработки, определяющая структуру обеляющего фильтра.
Q Q
1
2
Q
1
2
; uH Qs [uH Q
1
2
][ Q
1
2
s]

17.

Об Ф
~
СФ
Структура алгоритма оптимальной обработки сигнала на фоне ПП
Если представить матрицу обработки в виде:
РФ
Q W W
H
~
СФ
Структура алгоритма квазиоптимальной обработки сигнала на фоне ПП
Оптимизация параметров РФ и анализ эффективности подавления ПП
Критерии эффективности обработки сигнала на фоне аддитивной смеси
белого шума и ПП.

18.

Критерии эффективности подавления пассивных помех
Наиболее полно характеризуют эффективность вероятности D и F. Используя
зависимость
D F
1
1 q
Можно перейти к коэффициенту улучшения (КУ) отношения сигнал-(помеха+шум)
[ Pc /( Pп Pш )]вых /[ Pc /( Pп Pш )]вх с2 / п2 ш вых / с2 / п2 ш вх
Кроме того применяют критерии:
коэффициент подавления помех, определяемый как усредненный по доплеровской
фазе сигнала КУ;
коэффициент подпомеховой видимости, определяемый как пороговое отношение
помеха/сигнал на входе системы обработки, обеспечивающее обнаружение
сигнала с заданными вероятностями D и F.
, под qпор понимается усредненное по всем доплеровским
частотам сигнала значение отношения сигнал/помеха.

19.

2
Pвых вых
R пш R п I / 1
2
2
u w вх
w H Rw
( w )
H
wHRсw
w
H
R п I w
Критерий max КУ
1
(w) max
W
Коэффициент подавления помехи – усредненный по доплеровской фазе сигнала КУ
N
1
(w)
2
2
w
j
2
wHw
0 ( w, ц )d ц w H R п w
j 1
N
N
w w r
j 1 k 1
max
1
min
min
det R п min I 0
w HRпw
min
H
w
w w
R
п
min I
j
w
max
п
k j k
опт
0
W

20.

1 min
r10
r01
...
r0, N 1
w0
1 min ...
r2, N 2
w1
...
...
rN 1, 0
rN 1,1
...
...
... 1
min
...
wN 1
0

21.

Передаточная (системная) функция БИХ-фильтра
M
H ( z)
wm z
m 0
m
ai z
i 0
L
i
1 bi z i
i 1
Расчет импульсной характеристики
M
w0 a0
k 1
L
k
z z 0 k
z z pk
k 1
wk ak bi wk i при k≤M,
i 1
L
wk bi wk i
при k>M.
i 1
Связь частотной характеристика фильтра с передаточной функцией H(z)
K (2 fTП ) K ( TП ) H ( z ) z exp( j 2 fT
П
)

22.

Фильтры ЧПК (ЧПВ)
Импульсная характеристика фильтров ЧПК
wm 1
m
M!
m! M m !
, m=0…M,
0!=1
Структурная схема фильтров череспериодного вычитания (компенсации)
z 1
-
- ЧПК 1
+
-
z 1
+
-
z 1
+
- ЧПК 2
z 1
z 1
+
2
-
+

23.

Т
z
Т
-1
z
W1
W0
-1
W2
x1
x2
y
x0

24.

Эффект слепых скоростей и методы его устранения
Причина эффекта «слепых» скоростей: применение РФ в режимах неоднозначности РЛС по
скорости.
Методы устранения эффекта «слепых» скоростей:
1. Вобуляция (перестройка) несущей частоты сигнала или применение многочастотного
радиосигнала;
2. Вобуляция частоты повторения зондирующих радиоимпульсов;
Второй вариант осуществляется технически более просто.
В простейшем случае используется 2 различных периода повторения импульсов.
Принцип формирования результирующей АЧХ РФ
K(f)
FП1
FП2
2FП1
3FП1=2Fп2
3Fп2
Неравномерность АЧХ зависит от коэффициента вобуляции
f
kв=Тп1/Тп2 .

25.

Возможные схемы реализации устройств подавления помех
Каноническая схема
Нерекурсивная (трансверсальная или КИХ) структура
Рекурсивная (БИХ) структура
Каскадная структура
Параллельная структура
Многоканальная структура
Решетчатая структура
Адаптивные структуры РФ
Ошибки квантования при цифровой реализации РФ
Шумы квантования АЦП.
Шумы квантования коэффициентов ЦФ
Шумы квантования произведений в узлах ЦФ

26.

Многоканальные фильтры когерентного накопления сигналов
.
В условиях обнаружения сигнала на фоне шума или после подавления
пассивной помехи в РФ необходимо обеспечить требуемое значение D (при
фиксированном F), что достигается повышением отношения сигнал-шум.
Т.к. цель движется с заранее неизвестной скоростью, то сигнал имеет неизвестную
доплеровскую частоту. Ее измерение затруднено, поэтому для накопления сигнала
используют многоканальный по частоте фильтр, называемый доплеровским фильтром.
Схема его реализации может быть различной и зависит от числа импульсов в
пачке. При малом N (характерно для когерентно-импульсных РЛС) применяют ДПФ, а при
большом N (импульсно-доплеровские РЛС) – БПФ.
БПФ позволяет сократить количество вычислительных операций. БПФ можно
рассматривать как результат пропускания сигнала через набор согласованных фильтров,
каждый из которых настроен на одну из гармоник комплексной синусоидальной
последовательности базисного множества. С этой точки зрения можно рассматривать
когерентное усиление, которое определяется как нормированная составляющая сигнала с
частотой, равной центральной частоте настройки fk в спектре, вычисленном с помощью
весового доплеровского фильтра:
H ( fk )
w(nT )
n
N

27.

Паразитная амплитудная модуляция спектра, зависящая от уровня пересечения АЧХ
соседних доплеровских фильтров, является важным параметром, влияющим на
обнаружение слабых сигналов, и определяет энергетические потери при обработке
сигнала, частота которого лежит между отсчетами спектра, называемыми также выходными
точками, частотами гармоник или бинами ДПФ: d/N, где d – частота дискретизации.
Паразитная амплитудная модуляция спектра определяется как отношение когерентного
усиления тона, равноудаленного от соседних бинов ДПФ (на частоте (k+1/2) d/N), к
когерентному усилению тона, совпадающего с одним из бинов ДПФ:
wn e
Паразитная АМ
jπ
n
wn
,
n
N
W d
2N
W (0)
n
Максимальные потери преобразования (МПП) определяются как сумма максимальных
потерь из-за паразитной амплитудной модуляции спектра для данного окна и потерь
преобразования, обусловленных формой этого окна. Данный параметр характеризует
уменьшение выходного соотношения сигнал-шум в результате воздействия окна при
наиболее неблагоприятном расположении частоты сигнала.

28.

Многоканальные фильтры когерентного накопления сигналов

29.

Характеристики и типы классических весовых окон
|S( )|2
ЭШП
0
Wk ( 1) k
cos N arccos cos πk / N
ch Nch
1
,
1 1
ch 10
N
ch
, где 0 k N-1
W( )
wn
-40
0,5
-80
0
20
40
n
-
0

30.

Окно Дольфа-Чебышева, которое является одним из наиболее удачных классических окон.
Данное окно обеспечивает минимальную ширину главного лепестка при заданном уровне
БЛ, получено в замкнутой форме. Выражение для окна Дольфа - Чебышева, определяемое
через значения отсчетов преобразования Фурье окна:
Wk ( 1) k
cos N arccos cos πk / N
ch Nch
1
1 1
ch 10
N
ch
где 0 k N-1
W( )
wn
-40
0,5
-80
0
20
40
n
-
0

31.

Выбор временного окна в задаче обнаружения непосредственно связан с применяемым
в радиолокации критерием Неймана-Пирсона, согласно которому необходимо
максимизировать вероятность правильного обнаружения сигнала D при постоянном
уровне вероятности ложной тревоги F. При известной или априорно заданной
вероятности появления сигнала в i-м доплеровском канале, равной Pi, и общей весовой
обработке на входе процессора БПФ средняя вероятность правильного обнаружения по
всем частотным каналам:
N
D Di Pi
i 1
где Di – вероятность правильного обнаружения цели в i-м канале; N - число каналов.
Поэтому оптимизацию общей весовой функции алгоритма доплеровской фильтрации
желательно проводить по критерию средней вероятности правильного обнаружения.

32.

АЦП
Квадратурные
фазовые детекторы
АЦП
Квадратурные
фазовые детекторы
s
-1
R
N N
БП
w
БП
x
N
N
x
N
БП
...
x
БП
БП
На обнаружитель
N
...
БП

33.

АЦП
Квадратурные
детекторы
Структура многоканального доплеровского фильтра
~
1
u
w1
СОЗУ
~
2
Tп
w2
~
3
БПФ
Tп
w3
~
N
Tп
wN
МДФ

34.

Помехи – ложная цель
Задача постановки таких помех – перегрузка каналов обнаружения-измерения
многоцелевых РЛС. Это возможно, если число ЛЦ n превышает число K каналов
обнаружения-измерения. В конечном итоге, если m – число выпущенных ракет, то
P(n) 1 (1 P)
P(n)
m/ n
P(n)
m
n
n
m
n=const
m=const