Способы снижения радиолокационной заметности

Рябченко Валентина Юрьевна

Факультет компьютерных информационных технологий и автоматики

Кафедра радиотехники и защиты информации

Направление подготовки Радиоэлектронные системы и комплексы

Исследование способов уменьшения ЭПР радиотехнических объектов

Научный руководитель: к.т.н., доц. Паслён Владимир Владимирович

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Создать малозаметный радиотехнический объект с момента проектировки проще, нежели пытаться скрыть уже существующий. При проектировании такого рода объекта разработчики изначально планирут его заметность/незаметность. Особенно, если это касается таких объектов, как корабли, здания, радиолокационные станции и т.д. Для достижения как можно меньшей заметности столетиями развивалось такое направление, как маскировка. В данной работе маскировка приобретает новый этап развития. Радиотехнические объекты, имеющие в своем составе антенные системы, особенно требуют защиты от обнаружения другими локационными станциями. Так, маскировка такого рода объектов в настоящее время стремительно развивается и всё больше государств предоставляют новые технологии «невидимок».

Для достижения максимального эффекта в маскировке учитывается несовершенство человека, его организма, если касается визуальной маскировки. Аналогичным образом проходит процесс маскировки объектов от радаров радиотехнических устройств. В свое время маскировка обрела статус военного направления, которое требует специальной подготовки.

1. Актуальность темы

В современном мире всё больше комплексов оснащается радиоэлектронными устройствами, которые способствуют обнаружению различного рода объектов. Так как любой объект сам по себе отражает радиоволны, то есть имеет свою эффективную поверхность рассеивания (ЭПР), наличие дополнительных металлических устройств и конструкций приводит к увеличению заметности этого объекта. Это приводит к тому, что при ведении разведывательных операций вероятность обнаружения данного объекта значительно возрастает, что является крайне негативным фактом.

Магистерская работа посвящена актуальной научной задаче исследованию способу уменьшения эффективной поверхности рассеивания радиотехнических объектов, имеющих в своем составе антенные системы. В ходе работы планируется усовершенствовать существующий способ уменьшения ЭПР [1].

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является разработка устройства для уменьшения эффективной поверхности рассеивания радиотехнических объектов, имеющего в своем составе антенные системы.

Основные задачи исследования:

1. Исследование существующих способов радиомаскировки.
2. Изучить свойства радиопоглощающих и радиопрозрачных материалов
3. Провести сравнительный анализ и выбрать подходящий
4. Смоделировать устройство в программном продукте
5. Провести расчёт параметров по результатам моделирования

Объект исследования : антенная конструкция, помещенная под обтекатель.

Предмет исследования : уменьшение эффективной поверхности рассеивания за счет обтекателя.

3. Предполагаемая научная новизна

В рамках магистерской диссертации планируется разработать модель маскирующего оборудования антенной системы, которое не препятствует распространению радиосигнала. Полученные научные и моделируемые результаты могут быть использованы для применения на существующих радиотехнических объектах.

4. Планируемые практические результаты

Для экспериментальной оценки предполагаемого устройства (обтекателя), планируется разработать аналогичную модель в программном продукте CST Studio. При моделировании полученные данные будут применены для расчета размеров слоев обтекателя, диаметра сферы и математического расчета ЭПР моделируемого объекта.

5. Обзор исследований и разработок

Исследования в направлении по рассеиванию электромагнитного излучения различными объектами ведутся с первичного обнаружения понятия дифракции, которое установил Франческо Мария Гримальди ещё во второй половине 17 века. Позже это явление подтверждали Ньютон, Гюйгенс, Кирхгоф и Котлер. Первое качественное определение данного оптического явления было выдвинуто Томасом Юнгом в 1803 году исходя из волновой теории света, упоминая при этом краевые волны, а в 1818 году Френель развил количественную теорию дифракционных явлений [2] .

В советское время данными исследованиями занимался Петр Яковлевич Уфимцев и в 1962 году опубликовал свою теорию дифракции краевых волн в книге «Метод краевых волн в физической теории дифракции». После публикации данными исследованиями заинтересовались зарубежные, в частности, американские ученые Вилл Шрёдер и Денис Оверхолсер из компании Локхид (Lockheed) [3]. Книга стала фундаментальной в направлении изучения излучения электромагнитных волн и, более того, послужила идеей и основой для создания самолёта, невидимого для радиолокаторов, а именно конструкции самолета F-117.

Также исследования и измерения радиолокационных, тепловых и лазерных характеристик надводных кораблей велись на севастопольском полигоне с 1979 года. Именно там начали применять технологию «Стелс» [4].

«В историческом аспекте работы по Stealth–технологии в России были начаты с постановки радиопоглощающих покрытий на уже действующие объекты. Так в 1974 г. был завершен первый этап по созданию и освоению в промышленности ряда широкодиапазонных радиопоглощающих покрытий (РПП), в том числе на основе магнитных эластомеров. В 1975 г. одно из таких покрытий было использовано для изменения радиолокационного образа надводного корабля» [5] .

В монографии описывается эксперимент, в котором участвовало 2 корабля одного проекта водоизмещением около 700 т, причем на всю верхнюю надстройку первого корабля было нанесено 200 кг РПП, а второй корабль был контрольным. Корабли двигались по одинаковой программе, одним параллельным курсом. Эти испытания принесли свои результаты: была замечена разница на приборах радиолокационных станций.

5.1 Локальный обзор

В Донецком национальном техническом университете работы в данном направлении велись Демидовым Олегом Александровичем на Кафедре радиотехники и технической защиты информации под руководством Паслёна Владимир Владимировича [1]. В ходе работ разработано устройство по уменьшению эффективной поверхности рассеивания. Суть его заключается в том, что вокруг антенны создается радионепрозрачная среда – пары ртути. Устройство не имеет аналогов, поэтому данная система является новшеством.

Устройство содержит в своем составе радиопрозрачный колпак 1, который герметично устанавливается перед излучающим раскрывом антенны 2 на основе 3. Как видно, под основой 3 с внешней стороны колпака 1 размещено устройство 4 для нагнетания и откачки рабочей среды. Оно содержит камеру 5 с газообразной смесью 6 и блок 7 контроля параметров рабочей среды под колпаком.

Рисунок 1 – Устройство уменьшения ЭПР антенн

6. Снижение заметности объектов

Сделать объекты малозаметными для РЭС чрезвычайно трудно. Возможно лишь несколько уменьшить возможности их обнаружения разведывательными РЭС, если покрыть материалами, поглощающими энергию ЭМВ, или применить малоотражающие формы. Однако ощутимого результата в снижении радиовидимости можно добиться только в случае резкого снижения ЭПР объектов. Так, уменьшение ЭПР в 16 раз сокращает дальность радиолокационного обнаружения объекта вceгo и 2 раза [6].

Снижение РЛЗ может быть достигнуто несколькими способами:

— посредством устранения явлений уголковых отражений и увеличении энергии, переизлучаемой в других направлениях. Он реализуется за счет выбора специальной формы ЛА. Демонстрацией этого приема является самолет F-117А.

— при использовании специального радиопоглощающего покрытия.

— за счет увеличения доли энергии, переизлучаемой в пространство на кратных и комбинированных гармониках зондирующего сигнала и соответственном снижении доли энергии, излучаемой на основных гармониках. Такой прием, основанный на включении в отражающую поверхность нелинейных (например, полупроводниковых) участков, является дорогостоящим и сложным в техническом плане, в связи с чем пока не нашел широкого применения [7].

Излучатель, обладающий большой мощностью, может определить не только наличие объекта в пространстве, но и его геометрическую форму. Следовательно, ЭПР напрямую зависит от размеров объекта. Так, чем больше объект, тем выше вероятность быть замеченным. Недостатком радиотехнических объектов, имеющих в своем составе антенные системы, является большая ЭПР. Некоторые показатели приведены ниже в таблице 1 [8].

Таблица 1 – Средние значения ЭПР

Радиолокационная цель ЭПР, м^2 Истребитель 3-5 Транспортный самолет до 50 Транспорт малого тоннажа 150 Транспорт среднего тоннажа 7 500 Транспорт большого тоннажа 15 000 Крейсер 14 000 Катер 100 Человек 0,8 — 1

Такие цели имеют сложную конфигурацию и состоят из множества различных отражателей. Плоские части объектов отражают всю энергию, что приводит к зеркальному, либо диффузному отображению; выпуклые участки выглядят как «блестящие» точки. К последним относится простая форма – шар (сфера), которая имеет минимальную отражающую поверхность.

Рисунок 2 – ЭПР различных объектов

В своем определении эффективная поверхность рассеивания (ЭПР) по Сколкину – это количественная мера отношения плотности мощности сигнала, рассеянного в направлении приемника, к плотности мощности радиолокационной волны, падающей на цель с учетом их векторных свойств [9].

E₀ ‒ величина электрической составляющей падающего электромагнитного поля;

E_s ‒ величина электрической составляющей рассеянного электромагнитного поля, замеренная гипотетическим наблюдателем;

R ‒ расстояние от цели до гипотетического наблюдателя.

Для снижения заметности применяются различные способы маскировки. В частности, антенны и комплексы покрывают различными материалами или внедряют в саму антенну конструкции, снижающие ЭПР комплекса. ЭПР является условной величиной для выражения количественной оценки отражающих свойств любой радиолокационной цели и рассчитывается по формуле:

P₂ — мощность вторичного излучения (поток энергии электромагнитной волны, рассеянный при падении на цель);

П₁ — плотность потока энергии, исходящей от источника облучения;

D — коэффициент направленного действия отражающего объекта [7, 10].

Устройство, разработанное Демидовым и Паслёном уменьшает ЭПР антенны, заполняя сферообразный колпак газообразным веществом, к примеру, парами ртути. Во время рабочей фазы антенны газообразное вещество откачивается в резервную емкость, после завершения работы пространство вновь наполняется парами этого газообразного вещества. Недостатком данного способа является непосредственное воздействие паров газообразного вещества на элементы антенной системы, что может привести к изменению её характеристик [11].

Предлагаемый способ уменьшения ЭПР радиотехнических объектов будет иметь строение, как на рисунке 3:

Рисунок 3 – Разрабатываемая модель
(анимация: 3 кадра, 10 циклов повторения, 132 килобайта)

Выводы

В настоящее время на кафедре Радиотехники и защиты информации ведутся работы по устранению данного недостатка путем моделирования объекта в программном продукте CST Studio. Составлена модель в этом же программном продукте, которая подтверждает полезность устройства по уменьшению ЭПР антенны, описанного в патенте Демидова и Паслёна [1].

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: апрель 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Источник

Снижение радиолокационной заметности вооружения и военной техники проблемы и пути их решения

«ВОЕННАЯ МЫСЛЬ» №8.2005Г. (СТР. 10-13)

Снижение радиолокационной заметности вооружения и военной техники: проблемы и пути их решения

Начальник отдела 5 ЦНИИИ МО РФ

полковник запаса В.А. ПОНЬКИН,

доктор технических наук

Начальник отдела 5 ЦНИИИ МО РФ А. П. ЯРЫГИН,

доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники РФ

ИЗВЕСТНЫЕ тенденции в развитии систем разведки и высокоточного оружия (ВТО), базирующиеся на использовании новейших достижений в области электроники, информатики и вычислительной техники, привели к качественному росту информационных возможностей радиоэлектронных средств (РЭС) вероятного противника и, как следствие, к снижению эффективности традиционных средств защиты вооружения и военной техники (ВВТ): средств РЭП, маскировки и имитации.

Как известно, средства и системы разведки и наведения ВТО в части добывания и обработки информации об образце ВВТ решают следующие две основные задачи: обнаружение (распознавание) сигналов от образцов ВВТ в условиях помех и мешающих сигналов фона; измерение (оценка) параметров выделенного сигнала.

Полученная информация о совокупности объектов или наиболее важных из них используется в дальнейшем различными органами и системами управления противника как для организации и ведения операций и боевых действий, так и для наведения оружия в целях поражения данных объектов. Поэтому, на наш взгляд, несомненный практический интерес представляет выработка мер по снижению возможностей систем разведки и ВТО противника при их комплексном применении.

По физике воздействия на каналы добывания и обработки информации применение средств РЭП, маскировки и имитации эквивалентно целенаправленному изменению мешающих сигналов фона. Опыт проводимых войсковых учений и результаты НИР показывают, что в ряде случаев уже в настоящее время (а тем более в перспективе) применение только указанных мер не может обеспечить эффективного противодействия средствам и системам разведки и наведения ВТО.

Это обусловлено следующими обстоятельствами. Во-первых, технически достижимые энергетические возможности средств создания помех и реализуемые параметры помеховых сигналов не обеспечивают в ряде диапазонов длин волн требуемую эффективность защиты ВВТ, особенно в условиях комплексирования информации от нескольких источников. Во-вторых, традиционные способы маскировки и имитации имеют ограниченные возможности по применению в условиях динамично изменяющейся обстановки и использования противником систем с режимами сверхразрешения и многопозиционных систем.

В этой связи актуальной является разработка способов снижения информационных возможностей средств и систем разведки и наведения ВТО путем целенаправленного изменения характеристик самого ВВТ. Одним из таких перспективных способов, с нашей точки зрения, может стать снижение его радиолокационной заметности.

В соответствии с существующей терминологией под заметностью образца ВВТ понимается совокупность различий отражательных и (или) излучательных его свойств и фона, определяющих возможность обнаружения и распознавания этого объекта и наведения на него оружия. Тогда снижение радиолокационной заметности (СРЗ) образца ВВТ можно трактовать как целенаправленное изменение отражательных (излучательных) свойств самого образца ВВТ, достигающееся на стадиях его разработки (модернизации) и производства осуществлением комплекса взаимосогласованных технических мер и направленное на уменьшение различий отражательных и (или) излучательных свойств этого объекта и фона (в широком смысле).

По существу, СРЗ является одним из путей уменьшения уровня демаскирующих признаков образца ВВТ и направлено на повышение его живучести и боевой эффективности, что позволяет: снизить возможности противника по обнаружению, распознаванию образца и наведению на него оружия; обеспечить повышение эффективности применения систем оружия образца; повысить эффективность радиоэлектронного подавления средств разведки и управления оружием противника; повысить эффективность скрытия как отдельных объектов, так и проведения мероприятий оперативной маскировки в целом; снизить требования к вновь разрабатываемым средствам РЭП, маскировки и имитации.

При этом, как показали результаты исследований, а также опыт применения США малозаметных самолетов в Персидском заливе, на Балканах и в Ираке, использование только мер СРЗ при практически достижимых уровнях в общем случае не может обеспечить требуемую степень живучести ВВТ. Вместе с тем совместное применение мер СРЗ и средств РЭП позволяет существенно (в ряде случаев — два-три раза) повысить эффективность защиты ВВТ по сравнению с применением только средств РЭП. Аналогичный эффект можно ожидать и при комплексном применении средств снижения заметности (ССЗ), маскировки и имитации.

Следует особо подчеркнуть, что роль и место мер СРЗ в общем комплексе мероприятий по повышению живучести и боевой эффективности ВВТ существенно различаются для разных классов ВВТ в зависимости от решаемых ими задач и условий боевого применения.

Так основной целью СРЗ летательных аппаратов является достижение уровней демаскирующих признаков, обеспечивающих эффективную защиту самолетов при совместном применении ССЗ и РЭП. Потери самолетов в типовых боевых эпизодах могут быть снижены в полтора-два раза. В свою очередь для наземных объектов ССЗ при их совместном применении со средствами маскировки и РЭП должны обеспечить эффективную защиту от высокоточного оружия в исходных районах, на маршрутах выдвижения, а также непосредственно в ходе боя. При этом вклад ССЗ в эффективность указанного комплекса мер, на наш взгляд, может быть определяющим. Об этом свидетельствуют проведенные расчеты, которые показывают, что дальность обнаружения наземного ВВТ средствами разведки противника может быть снижена в ряде условий в два-три раза.

Что касается роли СРЗ надводных кораблей в общем комплексе мер обеспечения их боевой устойчивости, то она состоит в повышении эффективности средств РЭП по подавлению систем разведки и наведения противокорабельного оружия, а также в повышении эффективности систем огневого противодействия за счет снижения информационных возможностей средств разведки противника по обнаружению и распознаванию. При этом дополнительный предотвращенный ущерб за счет мероприятий по СРЗ может быть в полтора-два раза больше, чем при применении только средств РЭП.

В соответствии с физической природой электромагнитных волн и принципами обработки отраженных сигналов в приемных устройствах РЭС эффекты СРЗ могут быть достигнуты тремя методами:

уменьшением мощности (энергии) сигнала, отражаемого в направлении подавляемого РЭС как за счет поглощения, так и пространственного перераспределения (рефракции);

рассогласованием характеристик отражаемого сигнала (фазочастотных, поляризационных) относительно характеристик приемного устройства РЭС, т. е. разрушением структуры сигнала;

одновременным уменьшением мощности и разрушением структуры отражаемого сигнала.

Техническая реализация методов СРЗ объектов ВВТ может привести к существенному повышению их живучести, но современное состояние экономики страны, развития промышленных технологий и взаимодействия организаций-разработчиков не позволяет в полной мере реализовать имеющийся научно-технический потенциал по созданию ССЗ и малозаметного ВВТ.

Основными проблемами сдерживания создания перспективных образцов ССЗ и малозаметного ВВТ на современном этапе строительства ВС РФ, на наш взгляд, являются следующие.

Первая. Слабая координация организаций -разработчиков ССЗ и малозаметного ВВТп, как следствие, дублирование работ, а также неэффективное использование выделяемых материальных и финансовых ресурсов. Это во многом определяется отсутствием в стране целостной системы нормативно-технических документов (НТД) по проблеме СРЗ. Существующий фонд НТД не является единой системой взаимоувязанных документов и не в полной мере отвечает современным достижениям науки. Такие документы разрабатываются в основном в инициативном порядке отдельными энтузиастами. В этой ситуации целесообразно налаживание более тесного взаимодействия между заинтересованными организациями МО и других ведомств. Необходима также координация работ из единого центра, что может обеспечить оптимальное использование тех скудных ресурсов, которые выделяет в настоящее время государство на решение проблем снижения заметности в обозримой перспективе.

Вторая. Отсутствие комплексного подхода к решению проблемы снижения заметности ВВТ. Проводимые на объектах мероприятия по СРЗ не всегда взаимосвязаны с мероприятиями по РЭП, маскировке и инженерному обеспечению. Заметность без достаточного обоснования снижается только в части опасных участков диапазона длин волн и секторов наблюдения. Интенсивное развитие средств разведки и управления оружием противника, их комплексирование в высокоавтоматизированные системы делают неэффективными отдельные методы, реализуемые на образцах ВВТ. Только комплексный подход к снижению заметности в различных физических полях, секторах наблюдения, диапазонах длин волн при согласованном применении со средствами РЭП, инженерного обеспечения и маскировки обеспечивает существенное повышение живучести и боевых возможностей ВВТ. При этом разработка должна вестись по определенным образцам ВВТ применительно к конкретным условиям их использования, что может быть обеспечено разработкой базовых комплексов и технологий создания ССЗ и их применения на объектах ВВТ.

Третья. Недостаточное оснащение измерительно-моделирующими комплексами НИУМО и промышленности для исследования характеристик ССЗ и малозаметного ВВТ. В настоящее время на существующих измерительно-испытательных полигонах открытого и закрытого типа имеется ряд комплексов, которые не обеспечивают в полном объеме потребности заказчиков и разработчиков ССЗ и малозаметного ВВТ. Выход из сложившейся ситуации с учетом экономического состояния страны состоит в интенсивном развитии и широком внедрении новых методов измерений и обработки результатов, основанных на методах голографии, томографии, а также новых методах решения обратных задач, что может существенно повысить информативность уже имеющихся измерительных средств. Другое направление разрешения этой проблемы связано с оптимизацией имеющихся средств путем специализации полигонов для решения тех задач, к которым они наиболее готовы. Это требует координации работ на межвидовом уровне, что в настоящее время практически не осуществляется.

Четвертая. Отсутствие у заказывающих организаций МО РФ единых взглядов на проблему снижения заметности, на выполнение требований НТД в ТТЗ по вопросам разработки и модернизации ВВТ, а также недостаточная требовательность заказывающих управлений МО РФ к разработчикам ВВТ.

В этой связи необходимо особо отметить, что головные разработчики объектов ВВТ вопросам снижения заметности уделяют недостаточное внимание. Более того, создание ССЗ финансируют по остаточному принципу. Такой подход к данному перспективному способу противодействия высокотехнологичным системам и средствам разведки противника является неадекватным их опасности.

Таким образом, учитывая существующие проблемы в области создания ССЗ и реализации методов СРЗ на объектах ВВТ, необходимо, по нашему мнению, выделить следующие основные направления по их разрешению.

Первое. Разработка основополагающего документа, определяющего основные положения военно-технической политики страны по вопросам снижения заметности ВВТ.

Второе. Создание целостной системы нормативно-технических документов, регламентирующих все основные аспекты создания средств снижения заметности и малозаметного ВВТ.

Третье. Создание базовых комплексов и технологий снижения заметности объектов ВВТ.

Четвертое. Разработка перспективных ССЗ на основе управления вторичным полем рассеяния, использования специальных конструкционных материалов и плазменных образований.

Пятое. Комплексирование различных ССЗ с другими средствами и способами защиты объектов ВВТ (РЭП, маскировка и др.).

Шестое. Создание единого многофункционального исследовательского и испытательного полигона для МО и промышленности по проблеме снижения заметности ВВТ. Это позволит существенно повысить эффективность разработки и достоверность результатов испытаний новых типов перспективных ССЗ для широкого круга объектов ВВТ.

Воронов В.А. и др. Роль и место проблемы снижения заметности вооружения и военной техники в современной войне/ Материалы 8-й Международной научно-технической конференции. М.: МЭИ, 1999.

Воронов В.А., Иванкин Е.Ф, Жилинский СВ. Концептуальные вопросы снижения заметности вооружения и военной техники/ Материалы Всероссийской научно-технической конференции 30-31 окт. 2001 г. Воронеж. 5 ЦНИИИ МО РФ, 2001.

Воронов В.А., Иванкин Е.Ф., Жилинский СВ. Концептуальные вопросы снижения заметности вооружения и военной техники.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

Источник