СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ МОРСКОГО ОБЪЕКТА
SYSTEM OF ESTIMATION OF ELECTROMAGNETIC PARAMETERS OF THE MARINE OBJECT

Изобретение относится к устройствам для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, и может быть использована для оценки стойкости крупногабаритных морских объектов (кораблей, судов, буровых платформ) к преднамеренному силовому электромагнитному воздействию.
Известна система для, оценки электромагнитных параметров объектов, выполненная на шасси большегрузного автомобиля с экранированным корпусом для размещения испытательной аппаратуры и с вынесенными за пределы экранированного корпуса излучающими антеннами (Патент Великобритании GB 2414084).
Недостатком известной системы является невозможность оценки электромагнитных параметров, в том числе стойкости крупногабаритных морских объектов, типа кораблей, к преднамеренному силовому электромагнитному воздействию. Этот недостаток обусловлен ограничением возможности размещения исследуемого объекта только на крыше экранированного корпуса или в безэховой камере, смонтированной в этом экранированном корпусе.
Известна также система для оценки электромагнитных параметров морского объекта, в частности его защищенности от одного из видов преднамеренного силового электромагнитного воздействия - от электромагнитного импульса ядерного взрыва. Эта система содержит полосковую линию, формируемую в прибрежной акватории, охватывающую исследуемый морской объект и подключенную к береговому генератору испытательного сигнала. (Michel Ianoz. A Review of HEMP Activities in Europe (1970-1995). IEEE. Transactions on electromagnetic compatibility. Vol. 55, №. 3, June 2013, стр. 416-417 фиг. 12, аналог).
Известная система, формируя электромагнитное воздействие с длительностью фронта 8 не и амплитудой электрического поля 10 кВ/м, позволяет оценить уровень защищенности морского объекта от электромагнитного импульса ядерного взрыва.
Однако и этой системе присущи недостатки.
Габариты полоской линии, охватывающей такой крупногабаритный исследуемый морской объект, как корабль, требуют построения капитального сооружения на береговой территории, где отсутствуют радиоэлектронные средства, незащищенные от силовых электромагнитных воздействий, что ограничивает область применения известной системы.
Частотный диапазон энергетического спектра электромагнитного воздействия на исследуемый морской объект физически ограничен размерами полосковой линии, которые определяются габаритами исследуемого морского объекта. Максимальная рабочая частота в полосковой линии ограничена возможностью возбуждения волны Н-типа. Для полосковых линий эта частота уменьшается при увеличении расстояния между заземленными пластинами, охватывающими исследуемый морской объект. Поэтому известная система не позволяет имитировать воздействие преднамеренного сверхширокополосного силового электромагнитного воздействия, характерного для современных видов электромагнитного оружия, частотные характеристики которого приведены, например, в ГОСТ Р 51317.1.5-2009, стр. 7 рис. 1.
Еще одним недостатком известной системы является отсутствие возможности ограничить электромагнитное воздействие на исследуемый морской объект зонами, где выполняются защитные мероприятия по его защите от преднамеренного силового электромагнитного воздействия. Такие мероприятия включают в себя:
- проверку экранирующих свойств корпусных конструкций исследуемого морского объекта и конструктивно-монтажных узлов его радиоэлектронных средств, определяющих уровень их радиоэлектронной защиты;
- практическую подготовку личного состава к действиям по радиоэлектронной защите;
- плановые мероприятия по поддержанию ресурса узлов электромагнитной герметизации экранированных помещений морского объекта и корпусов его радиоэлектронных средств (в том числе обслуживание контактирующих узлов экранированных дверей, крышек, кабельных вводов, узлов металлизации экранирующих конструкций и т.п.).
Указанные недостатки известной системы ограничивают возможность ее использования для оценки защищенности морского объекта от преднамеренных силовых электромагнитных воздействий и не позволяют оценить эффективность реализации мероприятий по обеспечению этой защищенности.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является система оценки электромагнитных параметров морского объекта, содержащая управляемое аэроподъемное устройство, определитель взаимного пространственного положения управляемого аэроподъемного устройства и исследуемого морского объекта, а также испытательный комплекс, включающий в себя управляющую ЭВМ и линии ее связи и управления оборудованием, установленным на исследуемом морском объекте и управляемом аэроподъемном устройстве, а также датчики электромагнитного поля и установленную на управляемом аэроподъемном устройстве узконаправленную широкополосную антенну (патент РФ 2481601 МПК G01V 11, прототип).
Система, принятая за прототип, в отличие от аналога, не имеет ограничений, связанных с габаритами исследуемого морского объекта, но и ей присущи недостатки, заключающиеся в том, что она также не позволяет оценить эффективность реализации мероприятий по обеспечению защищенности исследуемого морского объекта от преднамеренных силовых электромагнитных воздействий. Указанный недостаток обусловлен использованием для оценки электромагнитных параметров исследуемого морского объекта излучения только его штатных радиоэлектронных средств.
Задача, на решение которой направлена предлагаемое изобретение является оценка эффективности реализации мероприятий по обеспечению защищенности исследуемого морского объекта от преднамеренных силовых электромагнитных воздействий.
На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки. В системе оценки электромагнитных параметров морского объекта содержащей:
- управляемое аэроподъемное устройство;
- определитель взаимного пространственного положения управляемого аэроподъемного устройства и исследуемого морского объекта;
- испытательный комплекс, включающий в себя управляющую ЭВМ и линии ее связи и управления оборудованием, установленном на исследуемом морском объекте и управляемом аэроподъемном устройстве, а также датчики электромагнитного поля и установленную на управляемом аэроподъемном устройстве узконаправленную широкополосную антенну,
вход антенны соединен с выходом генератора испытательного сигнала. Датчики измерительного комплекса установлены в помещениях исследуемого морского объекта. Антенна снабжена приводом пространственной ориентации, управляемым определителем взаимного пространственного положения управляемого аэроподъемного устройства и исследуемого морского объекта. Генератор испытательного сигнала снабжен каналом управления электромагнитным воздействием, управляемым определителем взаимного пространственного положения, управляемого аэроподъемного устройства и исследуемого морского объекта.
Канал управления уровнем электромагнитного воздействия может включать в себя регулятор мощности генератора пропорционально дальности до исследуемого морского объекта или генератор может быть выполнен с фиксированной мощностью выходного сигнала, а канал управления уровнем электромагнитного воздействия выполнен в виде ключевой схемы, управляющий вход которой подключен к программному модулю сравнения текущего расстояния между аэроподъемным устройством и исследуемым морским объектом с опорной величиной в диапазоне, определяемом точностью задания величины электромагнитного воздействия на исследуемый морской объект.
В качестве датчиков измерительного комплекса могут быть использованы индикаторы качества функционирования радиоэлектронных средств морского объекта или измерители (индикаторы) уровня электромагнитных излучений.
Установка излучающей антенны и генератора на аэроподъемном устройстве позволяет оперативно локализовать электромагнитное воздействие в зонах исследуемого морского объекта задаваемых во время отработки мероприятий по его защите от преднамеренных силовых электромагнитных воздействий. При этом в сочетании этой установки антенны со средствами определения взаимной ориентации аэроподъемного устройства и исследуемого морского объекта и средствами управления уровнем электромагнитного воздействия может генератора пропорционально дальности до исследуемого морского объекта обеспечивается нормированное облучение зон исследуемого морского объекта, в пределах которых выполнялись мероприятия по обеспечению защищенности от преднамеренных силовых электромагнитных воздействий, что и обеспечивает объективную оценку эффективности этих мероприятий в соответствии с установленными нормативами.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 изображена предложенная система оценки электромагнитных параметров морского объекта в целом, на фиг. 2 - управляемое аэроподъемное устройство (дрон), на фиг. 3 - блок-схема с фрагментом корабельных помещений и со своими компонентами системы, на фиг. 4 - блок-схема управляемого аэроподъемного устройства своими компонентами системы.
Система оценки электромагнитных параметров исследуемого морского объекта 1 с помещениями 2 с радиоэлектронными средствами 3, экранированными металлическими корпусными конструкциями 4, содержит управляющую ЭВМ 5, управляемое аэроподъемное устройство (дрон) 6 и установленный на исследуемом морском объекте 1 и на управляемом аэроподъемном устройстве 6 определитель 7 пространственного положения управляемого аэроподъемного устройства 6, его пеленга, угла мести и дальности по отношению к исследуемому морскому объекту 1, а также пространственного положения пеленга и угла места исследуемого морского объекта 1 относительно аэроподъемного устройства 6.
На исследуемом морском объекте 1 и управляемом аэроподъемном устройстве 3 размещены компоненты испытательного комплекса, включающего в себя датчики 8, установленные в помещениях исследуемого морского объекта 1, узконаправленную широкополосную антенну 9, вход которой соединен с выходом генератора 10 испытательного сигнала, установленную на аэроподъемном устройстве 6, а также линии связи и управления 11.
Управляемое аэроподъемное устройство 6 снабжено приводом 12 управления пространственной ориентацией антенны 9. В качестве привода 12 предпочтительно могут быть использованы воздушные винты аэроподъемного устройства 6, но он также может быть выполнен и в виде отдельного механического привода, установленного на корпусе управляемого аэроподъемного устройства 6 или реализован активной фазовой антенной решеткой (эти варианты на чертеже не показаны).
Генератор 10 снабжен каналом управления электромагнитным воздействием 13, управляемым определителем взаимного пространственного положения 7 и реализуемыми или регулятором мощности 14 пропорциональным дальности до исследуемого морского объекта 1 или схемой сравнения 15 текущего расстояния между аэроподъемным устройством 6 и исследуемым морским объектом 1 с опорной величиной в диапазоне, определяемом точностью задания величины электромагнитного воздействия на исследуемый морской объект с релейным выходом, реализуемой как программный модуль управляющей ЭВМ 5.
В качестве датчиков 8 могут быть использованы индикаторы качества функционирования радиоэлектронных средств 16 морского объекта 1 или измерители (индикаторы) 17 уровня электромагнитных излучений.
Управляемое аэроподъемное устройство 3 может быть выполнено в форм-факторе летательного аппарата вертолетного типа, с кабель-тросом 18. Кабель-трос 18 подключен к базовому энергопитающему объекту 19 и включает в себя совокупность электрических кабелей, обеспечивающих работу валов электродвигателей, связанных с воздушными винтами управляемого аэроподъемного устройства 6, генератора 10 и остального оборудования). В качестве этого базового энергопитающего объекта 19 может быть использован и непосредственно сам исследуемый морской объект 1, но это нежелательно из-за возможности зацепления кабель-троса за его антенны и другие верхнепалубные устройства. В качестве базового энергопитающего объекта 19 может быть использован пилотируемый летательный аппарат, но это опасно для пилота из-за необходимости пилотирования в непосредственной близости от верхнепалубных устройств корабля и из-за недостаточной мощности энергосистемы летательного объекта, ограничивающей уровень силового электромагнитного воздействия на исследуемый морской объект 1. Наиболее целесообразным представляется использование в качестве энергопитающего объекта 19 вспомогательного судна, например, катера, на котором могут быть размещены средства электропитания управляемого аэроподъемного устройства 6.
Определитель 7 взаимного пространственного положения управляемого аэроподъемного устройства 6 и исследуемого морского объекта 1 выполнен на базе размещенных, соответственно, на каждом их них двух частей. Каждая такая часть содержит не менее четырех оптических излучателей 20 и не менее четырех фотоприемников 21, пространственно разнесенных, соответственно, по наружной поверхности исследуемого морского объекта 1 и аэроподъемного устройства 6. Определитель 7 также включает в себя программный модуль 22 управляющей ЭВМ 5, управляющий очередностью излучения световых импульсов, фиксатор 23 времени регистрации импульсов (их передних фронтов) фотоприемниками 21 и программный модуль 24 управляющей ЭВМ 5, выполняющий вычисления координат излучателей 20 относительно в системе координат, связанной с фотоприемниками 21, а соответственно и положение относительно управляемого аэроподъемного устройства 6 или исследуемого морского объекта 1.
Система функционирует следующим образом.
После выполнения плановых мероприятий по поддержанию ресурса средств электромагнитной герметизации конструктивных узлов помещений морского объекта и корпусов радиоэлектронных средств (уплотнения дверей, крышек, иллюминаторов, кабельных вводов, систем вентиляции и др.) или в процессе их реализации, исследуемый морской объект 1 транспортируют в место, где отсутствуют радиоэлектронные средства, незащищенные от преднамеренных силовых электромагнитных воздействий, например, в открытое море.
На самоходный подвижный морской объект 19 устанавливают аэроподъемное устройство 6 и транспортируют его к месту нахождения исследуемого морского объекта 1.
Выбирают контрольную точку на поверхности исследуемого морского объекта 1, в которой будет производиться оценка электромагнитных параметров морского объекта (например, проверка экранирующих свойств корпусных конструкций исследуемого морского объекта и конструктивных узлов его радиоэлектронных средств) или производиться учения по подготовке личного состава к действиям по радиоэлектронной защите или в которой будет производится оценка электромагнитных параметров морского объекта как результат выполнения плановых мероприятий по поддержанию ресурса средств электромагнитной герметизации.
Поднимают аэроподъемное устройство 6 в зону видимости с него выбранной контрольной точки на поверхности исследуемого морского объекта 1. Для этого определителем 7 определяют пеленг, угол мести и дальность управляемого аэроподъемного устройства 6 по отношению к исследуемому морскому объекту 1 и воспроизводят управляющее воздействие на управляемое привод 12. Путем управления перемещением подвижного морского объекта 19 и работой привода 12 устанавливают антенну 9 в заданную программой исследований положение относительно этой контрольной точки (фиксированное, на стоянке или перемещаемое при оценке на ходу исследуемого морского объекта 1).
Определитель 7 работает следующим образом.
Оптические излучатели 20 расположенные на исследуемом морском объекте 1, взаимодействуют с фотоприемниками 21, расположенными на управляемом аэроподъемном устройстве 6. Оптические излучатели 20, расположенные на управляемом аэроподъемном устройстве 6, взаимодействуют с фотоприемниками 21, расположенными на исследуемом морском объекте 1.
Программный модуль 22 поочередно подключает по меньшей мере три излучателя 20, каждый из которых излучает световые импульсы с коротким фронтом. По меньшей мере, четыре фотоприемника 21 фиксируют промежутки времени между регистрацией фронта каждого очередного светового импульса.
Положение по меньшей мере трех точек расположения излучателей 20, геометрически привязанных к поверхности исследуемого морского объекта 1, и по меньшей мере трех точек, геометрически привязанных к поверхности управляемого аэроподъемного устройства 6, однозначно определяют их взаимное расположение. Для этого программный модуль 24 решает систему уравнений:
1
2
где (t-t) - промежуток времени между приходом фронта импульса излучателя 20 на первый и второй фотоприемник 21;
2
3
(t-t) - промежуток времени между приходом фронта импульса излучателя 20 на второй и третий и второй фотоприемник 21;
3
4
(t-t) - промежуток времени между приходом фронта импульса излучателя 20 на третий и четвертый фотоприемник 21.
с - скорость света.
ЭВМ 5 приводит результаты определения взаимного положения управляемого аэроподъемного устройства 6 и исследуемого морского объекта 1 в единую систему координат и осуществляет воздействие на привод 12 управляя пространственной ориентацией антенны 9 наводя ее на контрольную точку и определяя расстояние от антенны 9 до контрольной точки.
Взаимное расположение исследуемого морского объекта 1 и аэроподъемного устройства 6, при этом, может быть определено фотоприемниками 21 как установленными на исследуемом морском объекте 1, так и установленными на управляемом аэроподъемном устройстве 6. Первый вариант обеспечивает большую точность определения положения управляемого аэроподъемного устройства 6 относительно исследуемого морского объекта 1, второй - большую точность ориентации антенны 9. Поэтому целесообразно их совмещение в одной системе.
Указанные управляющие воздействия динамически отрабатывают влияние качки исследуемого морского объекта 1 и возмущающих атмосферных факторов на положение управляемого аэроподъемного устройства 6 относительно. При совпадении с заданной точностью дальности аэроподъемного устройства 6 от исследуемого морского объекта 1 схема сравнения 15 показаний определителя 7 подает управляющий сигнал на запуск генератора 10. Антенна 9 излучает нормированный электромагнитный импульс, облучая пространство в окрестности контрольной точки, осуществляя испытательное воздействие на радиоэлектронные средства 3 и датчики 8 через экранированные металлические корпусные конструкции 4.
При использовании генератора 10 с регулятором мощности 14 также осуществляется воздействие на привод 12, управляя пространственной ориентацией антенны 9, наводя ее на контрольную точку. При этом также динамически отрабатывается влияние качки исследуемого морского объекта 1 и возмущающих атмосферных факторов на положение управляемого аэроподъемного устройства 6 относительно него. Однако при этом не требуется столь высокая точность отработки расстояния от исследуемого морского объекта 1 до аэроподъемного устройства 6, так как уровень излучения антенны оперативно корректируется и выбор момента запуска генератора 10 существенно облегчается.
В обоих вариантах по показаниям датчиков 8 делают вывод о качестве защиты радиоэлектронных средств 3. По индикаторам качества функционирования этих средств 16, как правило, встроенным в системы их диагностики, судят о их защищенности от преднамеренного силового электромагнитного воздействия. По показаниям измерителей (индикаторов) 17 уровня электромагнитных излучений, судят не только о факте защищенности радиоэлектронных средств, но и получают данные для документирования результатов произведенной оценки, а также оценивают наличие запаса по защищенности и выявляют потенциальные пути проникновения электромагнитного излучения в помещения исследуемого морского объекта 1. Управляющая ЭВМ 5 фиксирует в оперативной памяти результаты этой оценки, с указанием зон и уровней воздействия и передает их на соответствующие корабельные средства документирования результатов исследования.
Создание данной системы увеличивает арсенал технических средств контроля электромагнитных параметров морских объектов, в частности, позволяет обеспечить подготовку документов, подтверждающих зарегистрированный факт соответствия защиты отдельных компонентов исследуемого морского объекта и морского объекта в целом от преднамеренных силовых электромагнитных воздействий.
Предложение позволяет оперативно оценить защищенность кораблей в целом и его конкретных радиоэлектронных средств от электромагнитного оружия, а также подготовку личного состава к действиям по радиоэлектронной защите. Кроме того, предложение позволяет выявить потенциальные пути проникновения поражающего преднамеренного поражающего электромагнитного воздействия на корабельные системы радиоэлектронного вооружения и связи при разработке мероприятий по электромагнитной защите корабля.