Preview

Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей»

Расширенный поиск

Электродинамический метод в бистатической радиолокации - реальные и искусственные цели

Полный текст:

Аннотация

Показано, что реальное средство воздушного нападения (гиперзвуковая боеголовка ракеты) и имитатор цели типа MALD в бистатической радиолокации дают существенно отличающиеся топологические картины рассеяния при учете поляризации излучения. Излучение с p-поляризацией позволяет получить более выразительную топологическую картину рассеяния, чем в случае s-поляризации, а изменение угла θ места - более яркой рельефной картины с чередованием максимумов и глубоких минимумов, что позволяет предполагать высокую разрешающую способность при идентификации объектов с использованием градиентного метода. Особое отличие двух объектов (имитатора цели и боеголовки ракеты) можно наблюдать в случае s-поляризации: картины существенно отличаются по топологии, у ракеты области максимумов занимают бóльшую площадь, а минимумы значительно более глубокие

Для цитирования:


Яцышен В.В., Гордеев А.Ю. Электродинамический метод в бистатической радиолокации - реальные и искусственные цели. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017;(3):51-58.

For citation:


Yatsyshen V.V., Gordeev A.Y. Electrodynamic method in bistatic radar - real and artificial targets. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2017;(3):51-58. (In Russ.)

Данная статья продолжает цикл публикаций [1-3], посвященных электродинамическим методам селекции и распознавания полезных и ложных целей при бистатической радиолокации. В работах [1, 2] были рассмотрены методики различия реальной и искусственной целей на основании исследования их портре­тов сечений рассеяния по всем азимутальным углам φ и углам θ места приемной и пере­дающей антенн для двух типов поляризаций. В статье [3] аналогичная информация была представлена для градиентов (градиентных компонент) сечений рассеяния по азимуталь­ным углам приемной и передающей антенн. На рис. 1 показана конфигурация радиолока­ционной системы и введены следующие ве­личины:

β - угол, образованный зондирующим и отраженным от цели лучами;

θR - угол места для приемной радиоло­кационной станции (РЛС);

θτ - угол места для излучающей антен­ны;

r1, r2 - расстояния между излучающей антенной и зондируемым объектом и между этим объектом и приемной антенной соответ­ственно;

L - расстояние между передающей и при­емной антеннами.

Углы θR и θτ отсчитываются от нормали к поверхности до линии, определяющей мак­симум диаграммы направленности приемной антенны.

Бистатической радиолокации посвяще­ны работы [4-17], в них показано, что все не­известные параметры r1, r2 и β могут быть легко найдены, если известны параметр θR или θτ, а также время Δt запаздывания между прямым сигналом от зондирующей РЛС и от­раженным сигналом от цели. Если известны все вышеуказанные параметры, то можно лег­ко получить азимутальные углы φj облучения цели и рассеяния φr, которые можно найти из проекций угла β и сторон r1 и r2 соответству­ющего треугольника на рис. 1 на земную по­верхность. Кроме того, значения φr и θR для приемной РЛС могут быть получены методом разностно-фазовой пеленгации.

 

Рис. 1. Геометрия бистатической радиолокационной системы:

1 - цель; 2 - приемник; 3 - передатчик

 

В работе [3] показано, что для опреде­ления типа (или даже конкретного вида) цели необязательно знать его сечение рассеяния (RCS - R) или градиентного поля (dR / dφj r) во всем диапазоне углов φj, φr и/или θR, θτ. Достаточно знать вышеуказанные параметры в некотором диапазоне углов (φ j, φr) и/или (θR, θτ), поскольку портреты сечений рассея­ния или соответствующих градиентов для раз­личных целей часто имеют ярко выраженные характерные особенности, различающие их, для одних и тех же значений этих углов. При этом крайне желательно, чтобы данные об RCS или соответствующих градиентов поступали непрерывно, для чего необходимо осущест­влять зондирование непрерывным сигналом, т. е. передающая РЛС должна работать в ре­жиме постоянного подсвета цели.

В данной статье рассмотрим случаи об­наружения и распознавания электродинами­ческими методами в бистатической радио­локации реального средства воздушного нападения, представляющего на сегодняш­ний день наибольшую угрозу, - гиперзвуко- вой боеголовки баллистических ракет [11-17] (рис. 2). Также исследуем случаи обнаружения и распознавания искусственной цели (имитато­ра целей типаMALD [4-10]), имеющей радио­локационную сигнатуру, близкую к сигнатуре истребителя (в том числе за счет имитации профиля полета истребителя), при 180°-рассе- янии (0°-отражении), т. е. при классической ра­диолокации, и при этом создающей активные радиолокационные помехи в направлении его облучения (рис. 3).

 

Рис. 2. Гиперзвуковая боеголовка баллистической ракеты типа WU-14

 

 

Рис. 3. Имитатор цели типа MALD-J

 

Объекты этих двух типов сложны для обнаружения классическими РЛС еще и по следующим двум причинам. Помимо высокой скорости, оставляющей на обнаружение ни­чтожно малое время, и гиперзвуковых боего­ловок ЭПР составляет, как и у обычных, при­мерно 0,01...0,02 м2. Такая боеголовка может быть обнаружена, только когда это уже абсолютно бесполезно и нет времени на какую-ли­бо реакцию. Будучи примененными в большом количестве в первой волне воздушной ата­ки противника и с включенными бортовыми средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ), имитаторы типа MALD (здесь и далее имеем в виду его последнюю модификацию MALD-J [4, 6, 8, 10]) могут полностью «ослепить» клас­сические РЛС, поскольку направление зонди­рования имитаторов классическими РЛС будет идентичным направлению постановки при­цельных заградительных помех большой ин­тенсивности. Кроме того, в это же самое время в направлении наземных РЛС традиционного вида также могут применяться средства РЭБ из других источников, например EA-18G Growler, или очень мощный авиационный комплекс дальней радиолокационной борьбы EC-130H Compass Call. Отметим, что имитаторы целей MALD-J не только имитируют сигнатуру ис­требителей поколения 4 и 4+, но и траекторию полета истребителей для ввода в заблуждение следящих классических РЛС [4-10].

Исходя из сказанного выше, наиболее эффективным, а в определенных случаях единственно возможным, средством обнару­жения и распознавания гиперзвуковых боего­ловок баллистических или тактических ракет, а также имитаторов целей типа MALD-J, яв­ляется анализ их RCS-портретов в бистати­ческой радиолокации. Рассмотрим подробнее портреты их сечений рассеяния для случаев различных поляризаций зондирующего излу­чения РЛС.

Для удобства обозначим MALD как объ­ект 1, а боеголовку ракеты - как объект 2. При расчете азимутальный угол φ менялся в диа­пазоне 0°.. .180°, а угол θ места - 0°.. .180°, при этом другой угол оставался фиксирован­ным и равным 45°.

Будем использовать следующие обозна­чения:

φj - азимутальный угол падения;

φr - азимутальный угол рассеяния;

θτ - угол места излучателя;

θR - угол места приемника.

При анализе топографических портретов характерные точки будем обозначать в виде координат (tA, rA), где под A будем понимать угол φ или θ. Тогда точку, отвечающую значе­ниям φ j = 45° и φr = 50° на соответствующем этому углу топологическом портрете будем обозначать как (45, 50). Диапазон в виде обла­сти на топографическом портрете обозначим [tA1, rA1; tA2, rA2], что соответствует области

tA1 ≤ tA ≤ tA2

rA1 ≤ rA ≤ rA2.

Здесь tA - угол падения излучения на иссле­дуемый объект;

rA - угол рассеяния.

Обозначение градуса (°) при этом для простоты записи опустим, имея в виду, что все цифры в скобках даны в градусах.

Из топографического портрета рассеян­ного от объекта 1 излучения для случая p-по­ляризации (рис. 4) видим, что максимум рас­сеяния находится в диапазонах [0, 50; 40, 60] и [100, 180; 140, 180]. Кроме этого, наблюда­ется минимум в узких полосках вблизи точек (20, 20), (20, 160).

 

Рис. 4. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 1, дБ. Бистатическая геометрия, p-поляризация. Зависимость от углов φj, φr, град

 

Для случая s-поляризации (рис. 5) об­ласть максимумов рассеяния наблюдает­ся вблизи краев картины, образуя при этом приблизительно кольцевую область. Картина максимумов более симметрична, и сечение рассеяния в целом имеет меньшие числовые значения, чем для p-поляризации. Отметим, что картина для азимутального угла φ доста­точно плавная, без резких переходов макси­мум - минимум. Это связано с тем, что изме­нение угла φ вызывает меньшее изменение видимой площади объекта рассеяния, чем при изменении угла θ.

 

Рис. 5. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 1, дБ. Бистатическая геометрия, 5-поляризация. Зависимость от углов φj, φr , град

 

На рис. 6, 7 показаны портреты для ме­ридиональных углов (углов места) рассеяния для объекта 1. Случаи s- и p-поляризации по интенсивности рассеяния достаточно близки, однако картина дифракции для р-поляризации выглядит более рельефно. Обратим внимание на диагональ высоких значений интенсивно­сти рассеяния, соединяющую точки (180, 0) и (0, 180), ее будем обозначать как (180, 0)-(0, 180).

 

Рис. 6. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 1, дБ. Бистатическая геометрия, p-поляризация. Зависимость от углов θR θτ, град

 

 

Рис. 7. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 1, дБ. Бистатическая геометрия, s-поляризация. Зависимость от углов θR θτ, град

Для объекта 2 топологические портреты показаны на рис. 8-11. Максимумы для азиму­тальных углов в случае р-поляризации нахо­дятся в окрестностях точек (50, 40), (130, 130), (20, 160) и (170, 20). В случае 5-поляризации картина дифракции выглядит более симме­тричной относительно диагоналей (0, 0)-(180, 180) и (0, 180)-(180, 0).

 

Рис. 8. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 2, дБ. Бистатическая геометрия, р-поляризация. Зависимость от углов φj, φr , град

 

 

Рис. 9. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 2, дБ. Бистатическая геометрия, s-поляризация. Зависимость от углов φj, φr, град

 

 

Рис. 10. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 2, дБ. Бистатическая геометрия, р-поляризация. Зависимость от углов θR, θT, град

 

 

Рис. 11. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 2, дБ. Бистатическая геометрия, 5-поляризация. Зависимость от углов θR, θT, град

 

При изменении угла θτ места (см. рис. 10, 11) интенсивность рассеянного излу­чения от объекта 2 значительно превосходит по значениям интенсивности объекта 1 и объ­екта 2 при рассмотрении азимутального рас­сеяния. При этом, как и ранее для объекта 1, картина для p-поляризации более рельефна, а для 5-поляризации несколько размыта. Для обеих поляризаций зондирующего излучения видна характерная полоса максимумов рассе­яния вдоль диагонали (180, 0)-(0, 180). Струк­тура минимумов в случае p-поляризации более выражена, чем для s-поляризации. Видимо, это обусловлено тем, что p-поляризация оказы­вается более чувствительной к процессу рас­сеяния из-за того, что вектор напряженности электрического поля в этом случае содержит нормальную компоненту к границе раздела. На рис. 12-15 отражены трехмерные картины радиационного сечения рассеяния имитатора и ракеты для случаев изменения азимутальных углов для s- и p-поляризации.

 

Рис. 12. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 1, дБ. Бистатическая геометрия, p-поляризация. Зависимость от углов  φj, φr, град. 3D-картина

 

 

Рис. 13. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 2, дБ. Бистатическая геометрия, p-поляризация. Зависимость от углов φj, φr, град. 3D-картина

 

 

Рис. 14. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 1, дБ. Бистатическая геометрия, s-поляризация. Зависимость от углов φj, φr, град. 3D-картина

 

 

Рис. 15. Радиационное сечение рассеяния RCS объекта 2, дБ. Бистатическая геометрия, s-поляризация. Зависимость от углов φj, φr град. 3D-картина

 

Исходя из сказанного выше, можно за­метить, что исследуемые объекты в бистатической радиолокации позволяют получить существенно отличающиеся топологические картины рассеяния при учете поляризации излучения и том, что в рекламных сообщени­ях MALD представлен как объект, с помощью которого получается диаграмма рассеяния, близкая к реальным целям. При учете поляризации и регистрации сигнала в бистатической геометрии различия весьма ощутимы. Излуче­ние с р-поляризацией дает более выразительную топологическую картину рассеяния, чем в случае s-поляризации.

Изменение угла θ места приводит к бо­лее яркой рельефной картине с чередовани­ем максимумов и глубоких минимумов, что позволяет предполагать высокую разрешаю­щую способность при идентификации объек­тов с использованием градиентного метода [3]. Особое отличие двух объектов - имитатора цели и боеголовки ракеты - можно наблюдать в случае s-поляризации: картины существенно разнятся по топологии, у ракеты области мак­симумов занимают большую площадь, а мини­мумы значительно более глубокие.

С учетом всего сказанного выше можно заключить, что предложенный электродинами­ческий метод поляризационной бистатической радиолокации позволяет достаточно надежно отличать реальную цель, в данном случае ги- перзвуковую боеголовку, от имитатора реаль­ной цели.

Список литературы

1. Гордеев А.Ю., Яцышен В.В. Перспективные методы повышения эффективности подавления пассивных помех системами селекции движущихся целей // Электромагнитные волны и электронные системы. 2015. Т. 20. № 3. С. 40-52.

2. Яцышен В.В., Гордеев А.Ю. Электродинамические методы селекции целей // Вестник Концерна ПВО «Алмаз-Антей». 2016. № 1. С. 61-68.

3. Яцышен В.В., Гордеев А.Ю. Электродинамические методы селекции целей - анализ градиентов // Вестник Концерна ВКО «Алмаз - Антей». 2016. № 3. С. 3-10.

4. ADM-160C MALD-J. USA: Raytheon, 2012. URL: http://www.deagel.com/Protection-Systems/ADM-160C-MALD-J_a000989002. aspx (дата обращения 23.11.2017).

5. Disrupting Enemy Air Defense Systems. URL: http://www.raytheon.com/capabilities/ products/mald (дата обращения 23.11.2017).

6. Keller J., ed. Raytheon to build lot of MALD-J EW jammer drones in $118.5 million Air Force contract // Military & Aerospece Electronics. June 30, 2016. URL: http://www.militaryaerospace. com/articles/2016/06/ew-jammer-drones.html (дата обращения 23.11.2017).

7. Mc Caney K. Air Force looks to upgrade its EW jammers // Defense Systems. July 15, 2016. URL: https://defensesystems.com/articles/2016/07/15/ air-force-raytheon-mald-j-jammer-upgrades. aspx (дата обращения 23.11.2017).

8. Miniature Air Launched Decoy (MALD®) & Future Concepts // 48th Annual Targets, UAVs & Range Operations Symposium & Exhibition. October 20, 2010. URL: https://ndiastorage.blob. core.usgovcloudapi.net/ndia/2010/targets/Rutt. pdf (дата обращения 23.11.2017).

9. Miniature Air Launched Decoy (MALD), including MALD-Jammer (MALD-J). URL: https://www.globalsecurity.org/military/library/ budget/fy2008/dot-e/af/2008mald.pdf (дата обращения 23.11.2017).

10. Raytheon, US Navy demonstrate new electronic attack architecture using MALD-J aerial jammer. IndyCar racing tech adapted to create “swappable” mission capabilities // Cision PR Newswire. September 9, 2015. URL: http://www.prnewswire.com/news-releases/raytheon-us-navy-demonstrate-new-electronic-attack-architecture-us ing-mald-j-aerial-jammer-300136457.html (дата обращения 23.11.2017).

11. Gady F.S. China Tests New Hypersonic Weapon // The Diplomat. November 26, 2015. URL: http://thediplomat.com/2015/11/china-tests-new-hypersonic-weapon (дата обращения 23.11.2017).

12. Карпенко А.В., ред. Гиперзвуковой аппарат WU-14 (Китай) // Невский бастион - Бастион. 26.02.2018. URL: http://nevskii-bastion. ru/wu-14-china (дата обращения 23.11.2017).

13. Weapons of Mass Destruction (WMD) DF-ZF (formerly WU-14), WU-14 Dong Feng-21D (DF-21D)/CSS-5 Mod 5. Anti-Ship Ballistic Missile (ASBM). URL: https://www. globalsecurity.org/wmd/world/china/df-21d.htm (дата обращения 23.11.2017).

14. Acton J.M. China’s Advanced Weapons // Carnegie Endowment for International Peace. February 23, 2017. URL: http:// carnegieendowment.org/2017/02/23/china-s-advanced-weapons-pub-68095 (дата обращения 23.11.2017).

15. Advanced Hypersonic Weapon (AHW). URL: https://www.globalsecurity.org/military/ systems/munitions/ahw.htm (дата обращения 23.11.2017).

16. Perrett B., Sweetman B., Fabey M.U.S. Navy Sees Chinese HGV As Part Of Wider Threat. China demonstrates a hypersonic glider // Aviation Week & Space Technology. January 27, 2014. URL: http://aviationweek.com/awin/us-navy-sees-chinese-hgv-part-wider-threat (дата обращения 23.11.2017).

17. Acton J.M. Hypersonic Boost-Glide Weapons // Science & Global Security. 2015. No. 23. Pp. 191-219. URL: http:// scienceandglobalsecurity.or g/archive/ sgs23acton.pdf (дата обращения 23.11.2017).


Об авторах

В. В. Яцышен
ФГАУ ВПО «Волгоградский государственный университет»
Россия


А. Ю. Гордеев
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники»
Россия


Для цитирования:


Яцышен В.В., Гордеев А.Ю. Электродинамический метод в бистатической радиолокации - реальные и искусственные цели. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017;(3):51-58.

For citation:


Yatsyshen V.V., Gordeev A.Y. Electrodynamic method in bistatic radar - real and artificial targets. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2017;(3):51-58. (In Russ.)

Просмотров: 30


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2542-0542 (Print)