Анализ защищённости РЛС от помех

1.

Сибирский федеральный университет
ЛЕКЦИЯ
по дисциплине «ВОЕННО ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА»
Тема №1.ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАДИОЛОКАЦИИ.
Занятие №9. Анализ защищённости РЛС от помех.
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ :
Вопрос№1.Виды помех и способы их создания.
Вопрос№2.Анализ защищенности РЛС от шумовых
помех.

2.

Сибирский федеральный университет
Литература:
1Ботов М.И., Вяхирев В.А Теоретические основы
радиолокационных систем РТВ стр170-207
2.Бердышев В.П. Основы построения
радиолокационных станций стр .154-182.
Цель занятия:
1).Изучить виды помех и способы их создания.
Источники помех.
2).Провести анализ защищённости РЛС от АШП.

3.

Вопросы на групповое занятие.
1)Виды помех и способы их создания.
2)Классификация помех?
3).Анализ защищённости РЛС от шумовых
помех.
4).Технические методы защиты от АП.
Раскрыть суть защиты методом силовой
борьбы?
5).Защита от АШП с помощью метода
частотной селекции?
6).Метод поляризационной селекции.Как с
помощью данного метода осуществляется
защита от АП ?

4.

Сибирский федеральный университет
Вопросы для проведения письменной контрольной работы :
1.До какого предела необходимо увеличить дальность
действия РЛС если Hmax самолета=10 км?
2.РЛС кругового обзора имеет 2 режима вращения антенной
системы 2об/мин и 16об/мин.При всех равных условиях на
сколько изменится Добн. при переходе с одного режима
вращения на другой?
3.Необходимая разрешающая способность по Д=50м. Какова
должна быть длительность зондирующего импульса РЛС?
4.Изобразить графически характер изменения разрешающей
способности по азимуту ИКО в зависимости от расстояния
отметки цели до центра экрана?
5. к=175град.Ширина диаграммы направленности антенной
системы в азимутальной плоскости =4 град. Определить
азимут цели?

5.

Сибирский федеральный университет
Ответы по контрольной работе:
1.Дпв=4,12(√hа + Hц)=4,12 103 500 км
2.Эс=P и M
3. Д=с и/2
4
. Д ∜Эс √16/2 = 2 раза
и=
50×2
=0,3
3×10 8
мкс, 1 мкс 150м,
50м 0,3 мкс
4. ц= к-
2
=175-
4
2
=173 град.

6.

Сибирский федеральный университет
1.Пояснить что это за выражения и к каким сигналам они относятся
А)Пи. и 1 .
Б)n = Пи. и >> 1 .
2.Пояснить какие основные сигналы применяются в РЛС
3.Перечислить основные параметры зондирующих сигналов
4. Разрешающая способность по дальности
R c/2Пи,
Разрешающая способность по скорости - Fmin 1/М.Тп ,
Как эти параметры связаны сF данным графиком
1ТП
П
1 П
Т
П
П
и
2 и
2 П 2М Т П
Рис.3.29.
Сечение двумерной нормированной АКФ
а)
пачки радиоимпульсов плоскостью

7.

Рис. Диаграмма неопределенности и главные сечения тела
неопределенности когерентной пачки

8.

Вопрос№1.Виды помех и способы их создания.
Анализ состояния и перспектив развития средств воздушнокосмического нападения в государствах, со стороны которых
возможно применение силовых методов, показывает, что одним
из способов преодоления системы ПСО по прежнему остается
интенсивное применение радиопомех и ложных целей.
Находятся на вооружении и постоянно развиваются
специальные средства радиоэлектронной борьбы.
Суммарная плотность мощности АШП прогнозируется от
120...150 Вт/МГц до 5000 Вт/МГц для РЛС боевого режима
средних и больших высот и от 150...300 Вт/МГц до 500 Вт/МГц
для РЛС малых высот.
Плотность пассивных помех может составлять от 0,1...0,2
пачек на 100 метров пути на протяженных участках полета до
5...10 пачек на 100 метров пути на коротких участках полета,
протяженностью 10...30 км.

9.

Источники помех. Любые посторонние излучения,
воздействующие на приемное устройство РЛС , создают помехи. Их
называют активными помехами.
Источниками активных помех (АП) для РЛС могут быть:
авиационные станции активных помех, устанавливаемые на
борту СВН противника;
станции активных помех, размещаемые на земле или
устанавливаемые на кораблях;
забрасываемые малогабаритные передатчики помех
одноразового использования;
свои радиоэлектронные средства, в том числе РЛС, излучающие
электромагнитные колебания в соответствующих частотных
диапазонах в пределах радиовидимости;
работающие электроэнергетические установки, линии
электропередач, электрический транспорт и т.п., создающие
промышленные (индустриальные) помехи;
природные (естественные) источники электромагнитных
излучений; ядерные взрывы.

10.

Сибирский федеральный университет
Рис. 2.2. Шумовые помехи различной интенсивности на экране РЛС

11.

Сибирский федеральный университет

12.

Сибирский федеральный университет
Импульсные помехи (ИП) представляют собой
серию немодулированных или модулированных
высокочастотных импульсов (рис. 2.3).

13.

14.

Приемник
Приемник
Аппаратура
анализа
Аппаратура
анализа
Аппаратура
управления
Аппаратура
управления
Передатчик
Автомат разреза
метализир. ленты

15.

Помимо активных помех на РЛС воздействуют
мешающие отражения, создаваемые за счет
переизлучения электромагнитной энергии РЛС объектами
естественного или искусственного происхождения т.е.
пассивные помехи.
Источниками пассивных помех могут быть:
участки земной поверхности; облака
гидрометеообразований;
облака искусственных металлических
(металлизированных) отражателей-диполей, лент, либо
специальных аэрозолей;
пылевые облака, крупные скопления птиц, насекомых,
турбулентная атмосфера;
искусственно ионизированные области;
ложные цели.

16.

17.

18.

Классификация помех. По своему происхождению
радиолокационные помехи разделяются на умышленные,
естественные и взаимные.
Умышленные помехи создаются противником
преднамеренно с целью нарушения нормальной работы
РЭС.
Активные помехи, вызываемые влиянием излучений
различных радиоэлектронных средств друг на друга,
называют взаимными помехами. Наряду с взаимными
активными помехами иногда имеют место и взаимные
пассивные помехи. Такие помехи воздействуют на РЛС в
гористой местности и обусловлены переотражениями
электромагнитных колебаний, излучаемых другой РЛС.

19.

Сибирский федеральный университет
Рассмотрим воздействие взаимных помех на РЛС. При различии
рабочих частот РЛС они вызываются внеполосными и побочными
излучениями передатчиков и гетеродинов, а также наличием побочных
каналов приема средств, подвергающихся мешающему воздействию.
Внеполосными называют излучения в окрестности рабочей
(отведенной) полосы частот, побочными - излучения на гармониках mfо,
субгармониках fо/m (m=1,2,...,fо-рабочая частота), комбинационных и
других паразитных частотах. В свою очередь, супергетеродинные
приемники имеют ряд побочных каналов приема, так как на выходе
преобразователя частоты образуется ряд комбинационных частот |nf + mfг|,
где m, n = 0,1,2,...; f - частота приходящих колебаний, fг - частота
гетеродина.
Совпадение любой из комбинационных частот с промежуточной
частотой приемника fпр означает появление побочного канала приема на
частоте f. В реальных условиях при fг>>fпр побочные каналы приема
образуются на частотах входных колебаний
f =fmn= (mfг+ fпр)/n.

20.

Сибирский федеральный университет
Уровень помех, принятых побочными каналами,
зависит от избирательности цепей, предшествующих
преобразователю частоты и от режима преобразования.
Характеристики
направленности
антенн
для
внеполосных и побочных излучений и побочных каналов
приема обычно отличаются от ДНА основных каналов
излучения и приема, в первую очередь, значительно
большим уровнем боковых лепестков. Поэтому антенны
часто не обеспечивают для паразитных каналов излучения
и приема должной пространственной избирательности.
Если основной или побочный канал приема случайно
совпадают с основным или побочным каналом
излучения и интенсивность излучаемого колебания
достаточно велика, может иметь место взаимная
помеха.

21.

Радиоэлектронные помехи
По способу формирования
активные
пассивные
По временной структуре
По другим
признакам
импульсные
непрерывные
По природе возникновения
умышленные
непреднамеренные
По регулярности повторения
По регулярности повторения
синхронные
несинхронные
По использованию зондир. сигнала
ответные
неответные
По количеству импульсов в Тп
однократные
синхронные
несинхронные
По результату возд. на систему ПОИ
имитирующие
маскирующие
По результату возд. на аппарат. сопров.
уводящие
многократные
По дальности
По скорости
По направлению

22.

Сибирский федеральный университет
И умышленные и естественные помехи
разделяются на пассивные и активные Так,
пассивные умышленные и естественные
помехи создаются отражателями, но в первом
случае
отражателями
искусственными,
например, дипольными отражателями, а во
втором - естественными, например, местные
предметы.

23.

Рис.1. Классификация умышленных помех

24.

Рис.2. Классификация естественных помех

25.

По характеру воздействия помехи делятся на маскирующие
и имитирующие.
Маскирующая помеха полностью или частично маскирует
полезный сигнал и тем самым исключает или затрудняет его
выделение в приемном устройстве РЛС. Этот вид помехи наиболее
универсален и может использоваться против всех типов
радиоэлектронных средств.
Имитирующая помеха создает эффект ложных целей,
перегружая устройства обработки и затрудняя получение
информации об истинных целях.
Активные помехи могут дополнительно классифицироваться
по следующим признакам:
по времени воздействия на подавляемую РЛС - на импульсные и
непрерывные;
по степени концентрации мощности излучения в диапазоне
частот и направленности излучения - на прицельные,
заградительные, скользящие по частоте.
Импульсные помехи, в свою очередь, подразделяются на
ответные и неответные, на синхронные и несинхронные.

26.

Ответные импульсные помехи (ОИП) создаются за
счет переизлучения и тиражирования зондирующих
сигналов подавляемой РЛС. Средства создания таких
помех отличаются большим быстродействием. Ответные
помехи применяются, главным образом, для перегрузки
устройств обработки радиолокационной информации и
дезинформации боевых расчетов РЛС.
Неответные импульсные помехи не имеют жесткой
временной связи с сигналами подавляемой РЛС.
Синхронные импульсные помехи имеют частоту
следования согласованную с частотой посылок
зондирующих сигналов подавляемой РЛС.
Несинхронные импульсные помехи (НИП) имеют
произвольную частоту следования.

27.

Из непрерывных активных помех наибольшее распространение
получила шумовая помеха (АШП). АШП имеют примерно такой
же спектр, как внутренние шумы приемника. Действие их
равнозначно увеличению коэффициента шума приемника. Такое
сходство энергетических спектров крайне затрудняет защиту от
шумовых помех. Универсальность этих помех выражается в
том, что они могут быть прицельными, заградительными и
скользящими по частоте.
Прицельная по частоте помеха имеет ширину спектра Δfп одного
порядка с шириной спектра сигнала Δfс т.е. Δfп ≈ Δfс.
Заградительная по частоте помеха имеет Δfп >> Δfс
Скользящая по частоте помеха по характеру воздействия может
изменяться от маскирующей до имитирующей. Это помеха, средняя
частота которой изменяется в заданном диапазоне с установленной
скоростью перестройки, сочетает прицельный и заградительный
режим работы станций АП, и создает для РЛС, так называемую, не
стационарную активную помеху (НАП).

28.

Пассивные помехи
Дипольные отражатели изготавливаются в виде металлизированных
бумажных лент или из металлизированного нейлона или стекловолокна.
Такие отражатели сбрасываются с самолета пачками и рассеиваются в
воздухе (σп ≈ 60...80 м2). Волны, отраженные от них, маскируют, а иногда
имитируют сигналы движущихся целей (самолетов).
Ложные цели (ЛЦ) относятся к пассивным помехам имитирующего
типа. Это уголковые отражатели или линзы Люнеберга. И те, и другие даже
при малых геометрических размерах обладают достаточно большой ЭОП,
чтобы их принимали за истинные цели (за счет многократных
переотражений ЭМВ внутри их конструкций).
К пассивным средствам радиопротиводействия, хотя и не создающим
помех, но затрудняющих обнаружение целей, следует отнести применение
противорадиолокационных покрытий, которые предназначены для защиты
от РЛС противника своих объектов путем уменьшения их ЭОП.
Различают поглощающие и интерференционные покрытия.

29.

Вопрос№2.Анализ защищенности РЛС от шумовых помех
В качестве маскирующих обычно используются АШП.
Их воздействие на РЛС эквивалентно увеличению уровня
собственных шумов приемника, что приводит к снижению
вероятности правильного обнаружения сигнала.
Количественно АШП оцениваются спектральной
плотностью мощности помех на выходе антенны передатчика
постановщика активных помех (ПАП):
= Рп.Gп/ fп,
где Рп- мощность передатчика ПАП; Gп- коэффициент
усиления передающей антенны ПАП; fп-ширина спектра
помехи.
Активные помехи распространяются непосредственно от
передатчика помех к РЛС. Поэтому их мощность Рп на входе
приемника обратно пропорциональна квадрату расстояния D от
РЛС до ПАП, тогда как мощность отраженного сигнала Рс
обратно пропорциональна четвертой степени D.

30.

Следовательно, с увеличением D при фиксированных
значениях мощностей передатчиков РЛС и ПАП
отношение Рп/Рс непрерывно возрастает и, когда оно
достигает коэффициента подпомеховой видимости Кпв,
правильное обнаружение цели с заданными
вероятностями становится невозможным. Это
соответствует максимальной дальности действия РЛС в
условиях помех
D =Dп макс.
С другой стороны, когда мощность помех Рп больше
мощности насыщения Рпн, приемник перегружается и
становится неспособным к приему полезных сигналов.
Это определяет минимальную дальность действия РЛС
в условиях помех:
D = Dп мин.

31.

Рассмотрим воздействие АШП на РЛС.
При достаточно большом динамическом диапазоне
приемника шумовые колебания создают эффект,
аналогичный резкому увеличению внутреннего шума, что
затрудняет обнаружение и измерение параметров
радиолокационного сигнала при больших дальностях до
цели. Очень мощные активные помехи, как и взаимные,
могут воздействовать по побочным каналам приема.
. По мере увеличения интенсивности помех может
произойти полное подавление сигнала. Поэтому
воздействие маскирующей помехи при малом
динамическом диапазоне приемника особенно опасно. Но
даже и при очень большом динамическом диапазоне
приемника воздействие помехи может значительно
ухудшить или полностью помешать обнаружению или
сопровождению цели

32.

Оценка боевых возможностей РЛС при воздействии
активных помех может быть получена на основе
анализа уравнения противорадиолокации.
При достаточном динамическом диапазоне приемного
устройства условие обнаружения цели в маскирующих активных
помехах типа "белого" шума, при определенных вероятностях
пропуска и ложного обнаружения, определяется неравенством
Эпр > Эпр мин ,
(1)
т.е. энергия полезного сигнала, отраженного от цели, на входе
приемника должна быть не меньше минимальной (пороговой)
энергии. Наряду с допустимыми вероятностями ошибок величина
Эпр.мин зависит от ряда факторов, существенное значение из которых
имеет уровень и характер помех. Таким образом, выражение (1)
запишем в виде:
Эпр > .( Nо + Nп вх ),
(2)

33.

Оценка боевых возможностей РЛС при
воздействии активных помех может быть
получена на основе анализа уравнения
противорадиолокации, которое имеет
следующий вид:

34.

;,
,
;
;
где:
Рi
f i
– ширина энергетического спектра шумовой помехи i-го ПАП
Gi
– коэффициент усиления антенны i-го ПАП;
– мощность излучения на выходе антенна i-го ПАП;
Fi Л , Л
Д ПАП i
i –
, i , i
– значение нормированной диаграммы направленности антенны
i-го ПАП в направлении на РЛС
– сферические координаты i-го ПАП;
коэффициент качества помехи, учитывающий отличие ее временной
структуры от структуры теплового (гауссова) шума 0 1
– коэффициент поляризационного несовершенства помехи, учитывающий
различие поляризации сигнала и помехи 0 1
FЛ (β-βi)·FЛ (ε-εi)
– нормированная диаграмма направленности антенны РЛС в
направлении i-го ПАП;
β, ε – угловые координаты максимума диаграмма направленности антенны РЛС.

35.

.
Энергия полезного сигнала на входе приемного устройства при
обнаружении по одному импульсу, определяется выражением
Эпр = Эи.G.Aэфф. ц/[(4 )2.D4].
(4)
m
2
Эи.G.Aэфф. ц/[(4 )2.D4] = [No+ Ni F ( i , i )
i 1
(5)
Это уравнение и называется .уравнением
противорадиолокации. В режиме обзора пространства по жесткой
программе
Эи.G.Aэфф. ц/[(4 )2.D4]
=
Pcp t обз Aэфф G экв ц
4
2
D макс
4
(6)
В этом случае из уравнения (5), учитывая формулу (6), получим
Dмакс =
4
Pcp tобз Aэфф Gэкв ц
4 s ( No N п )
2
(7)

36.

Уравнение противорадиолокации является исходным
соотношением при обосновании и выборе путей повышения
помехозащищенности. Оно определяет связь дальности действия
РЛС с ее параметрами, параметрами активной шумовой помехи
(АШП) и местоположением постановщика АШП.
а)
б)
Рис.3. Изменение зоны обнаружения РЛС при воздействии
одного (а) и нескольких (б) постановщиков активных помех

37.

Сибирский федеральный университет
Количественно изменение зоны обнаружения РЛС при воздействии шумовых помех
характеризуют коэффициентом сжатия К Д
и шириной сектора эффективного подавления ЭФ
. Коэффициент сжатия К
Д
определяется как отношение дальности обнаружения нешумящей цели без помех и
дальности ее обнаружения при воздействии внешних помех (высота полета фиксирована).
Для изодальностного участка зоны обнаружения коэффициент сжатия имеет вид:
.
(3.2
ЭФ
ДЦ0
ДЦ П
ДЦ0
ДЦ П
а)
б)
Рис.3.1. Изменение зоны обнаружения РЛС при воздействии
одного (а) и нескольких (б) постановщиков активных помех

38.

Коэффициент сжатия- К Д
определяется как отношение дальности
обнаружения нешумящей цели без помех и
дальности ее обнаружения при воздействии внешних
помех (высота полета фиксирована).
Д max
К Д 4 1
i 1 Д ПАП i
m
2
Д max
ДC i
2
2
FЛ i FЛ2
где: Д max – максимальная дальность обнаружения на
изодальном участке F 1 при
отсутствии
внешних помех.

39.

40.

В режиме самоприкрытия дальность обнаружения Д ОБН ,
i-го постановщика (дальность самоприкрытия Д C i )
определяется расстоянием до него Д ПАП i Д C i Д ОБН i , i
, Если пренебречь внутренним шумом, то получим
ДCi
РСРТ ОБЗ GЭ Ц f i FЛ2 i
4 Pi Gi Fi2 Л , Л i i
Из анализа уравнения (7) следует, что для обеспечения
требуемой помехозащищенности РЛС от АШП можно использовать:
метод "силовой" борьбы, предусматривающий увеличение
плотности потока энергии, излучаемой РЛС в зону обнаружения,
либо в сектор зоны, маскируемый активной помехой;
метод частотной селекции, предусматривающий создание
условий, снижающих эффективность или затрудняющих
применение противником прицельных по частоте помех;

41.

метод пространственной селекции, предусматривающий создание условий,
затрудняющих постановщику АШП по основному лепестку ДН приемной
антенны, и снижение уровня приема помеховых сигналов по боковым лепесткам
ДНА;
метод поляризационной селекции, предусматривающий подбор
поляризации передающей и приемной антенн, при которых активная помеха
оказывается наименьшее влияние на эффективность работы РЛС.
метод расширения динамического диапазона приемника. Диапазон
изменения амплитуды входных сигналов, при которых в приемнике еще не
происходит ограничение, носит название динамического диапазона приемника.
Практическая реализация потенциальных возможностей РЛС может быть
обеспечена только лишь при условии ее адаптации к конкретной помеховой
обстановке.
Все перечисленные методы защиты в большинстве случаев оказываются
эффективными только лишь при условии их комплексирования и при
достаточном большом динамическом диапазоне тракта приема и выделения
сигнала.

42.

Вопросы для самостоятельной работы и контроля
знаний
1.Каким образом принципы создания
радиолокационного поля реализуются при построении
поля активной радиолокации?
Каковы структура подсистемы активной
радиолокации и принципы ее функционирования?
2.Каким образом в зонах обнаружения РЛС РТВ
происходит формирование изодальностных и
изовысотных участков?
3.Каким образом в теории радиолокации ставится и
решается задача измерения высоты и угла места цели?
4.Каковы основные методы измерения
пространственных координат цели?
В чем заключается сущность обзора пространства и
измерения угловых координат.
5.Каковы виды зондирующего сигнала, применяемые
в современных РЛС РТВ?