Статистический способ имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны
STATISTICAL METHOD OF MIMIC PROTECTION OF AN OVER-THE-HORIZON SURFACE WAVE RADAR STATION

Изобретение относится к области радиолокации и может использоваться для повышения имитостойкости загоризонтных радиолокационных станций поверхностной волны (ЗГ РЛС ПВ), работающих в декаметровом диапазоне радиоволн, в условиях влияния имитационных помех (имитопомех), уводящих по дальности и скорости цели (имитоатаки). Изобретение может быть использовано при разработке перспективных ЗГ РЛС ПВ.
Известны активные способы имитационной защиты (имитозащиты), например, такой способ как формирование зондирующих сигналов РЛС, затрудняющих создание имитирующих помех. К таким сигналам относятся сложные радиосигналы, сигналы с быстрой перестройкой параметров радиосигнала по случайному закону, например, несущей частоты, периода повторения, параметров модуляции (см. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей: / Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1993, 224 с.). Недостатком данного способа является сложность формирования сигналов и управления ими.
Один из способов имитозащиты РЛС предусматривает организацию непосредственной защиты от воздействия помех на каналы обнаружения и измерения координат и параметров движения целей при приеме отраженных от целей сигналов путем перевода РЛС в режим «Память» (см., например Малышев В.А., Иванков А.А. Алгоритм обнаружения уводящих помех в системе сопровождения воздушных целей. - Деп. в ЦСИФ МО РФ, инв. №В 4856, серия В, выпуск №58, 2002, 17 с.). Недостатком данного способа является то, что при работе РЛС в режиме «Память» накапливается ошибка сопровождения по координатам цели.
Распознавание сигналов ответной импульсной (имитационной) помехи реализовано в известном способе обработки пакета радиоимпульсов (патент РФ №2557783 от 11.02.2014 г.), основанном на двух весовых суммированиях сигналов углового пакета обнаруженных сигналов. Первое весовое суммирование определяется весами передающей и приемной диаграммами направленности антенны (ДНА), второе - весами только приемной ДНА. Решение о распознавании отраженных от цели сигналов и сигналов ответной помехи принимают по соотношению полученных сумм. Недостатком известного способа является необходимость достаточно точного определения значения ДНА в точке положения цели и постановщика помех, для чего, в свою очередь, требуется достаточно точное измерение их угловых координат, что не всегда может быть обеспечено. В результате решение о распознавании отраженных от цели сигналов и сигналов ответной импульсной помехи принимается с ошибками, приводящими к снижению надежности способа.
V
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является Способ идентификации имитационной помехи путем одновременного оценивания скорости по доплеровскому смещению отраженного сигнала  при помощи системы автосопровождения по скорости (АСС) и косвенных измерений скорости по производной от измеряемой дальности  в системе автосопровождения по дальности (АСД), сравнения полученных оценок и обнаружении уводящей помехи в случае несогласованности этих оценок . [Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба: радиомаскировка и помехозащита. Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1999, с. 160].
h
h
Способ идентификации имитационной помехи, описанный в прототипе, заключается в следующем: обнаружение отраженного сигнала от цели, измерение скорости цели по доплеровскому смещению отраженного сигнала, определение скорости цели по производной от дальности, вычисление их разности Δ, сравнение с пороговым значением Δ и при Δ ≥ Δ принятие решения о наличии имитационной помехи.
Недостатком способа-прототипа является низкая вероятность идентификации помех при использовании согласованного увода по дальности и скорости [Перунов Ю.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. - М.: «Радиотехника», 2003, с.202].
На устранение указанных недостатков направлено заявленное изобретение Статистический способ имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны, технической задачей которого является повышение имитостойкости в условиях имитоатаки.
Реализация поставленной задачи позволяет достигнуть следующий технический результат: обеспечение имитостойкости ЗГ РЛС ПВ в условиях имитоатаки согласованными имитопомехами, уводящими по дальности и скорости цели.
Для достижения указанного технического результата предложен Статистический способ имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны (ЗГ РЛС ПВ), заключающийся в обнаружении отраженного сигнала от цели, измерении скорости цели по доплеровскому смещению отраженного сигнала и по производной от дальности.
Принципиальным отличием от прототипа является то, что в спецвычеслитель ЗГ РЛС ПВ дополнительно вводят детектор имитоатаки, состоящий из последовательно - соединенных аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), в котором производится оцифровка принятых радиолокационных сигналов. Далее выполняется выделение максимальных значений амплитуды сигнала и формирование огибающей принятого сигнала по этим значениям в блоке выделения огибающей принятого сигнала.
Далее в блоке оценки среднего квадратичного отклонения (СКО) рассчитывается нормированное значение СКО огибающей принятого сигнала, значение которого поступает в блок сравнения значений СКО и на цифровой индикатор модуля управления и отображения информации. Затем в блоке сравнения значений СКО вычисляется отношение текущего и ранее записанного нормированного СКО, после чего выполняется сравнение вычисленного отношения с порогом срабатывания, значение которого определяется статистическими характеристиками среды распространения радиоволн в зоне применения ЗГ РЛС ПВ. При этом в случае не превышения отношения СКО порога срабатывания, с блока сравнения значений СКО поступает сигнал на индикатор имитоатаки и цифровой индикатор модуля управления и отображения информации, в результате чего в индикаторе имитоатаки фиксируется факт имитоатаки в виде звукового и светового оповещения, а в цифровом индикаторе регистрируется момент имитоатаки. В случае если отношение СКО в блоке сравнения значений СКО превышает порог срабатывания, то вычисленное значение нормированного СКО поступает с блока сравнения значений СКО в буфер памяти детектора имитоатаки, где производится запись текущего нормированного значения СКО. Далее записанное значение нормированного СКО используется для дальнейшего обнаружения имитоатак.
Предложенный способ реализуется в устройстве имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны Детектор имитоатаки.
Устройство состоит из спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ и модуля управления и отображения информации. Спецвычеслитель содержит детектор имитоатаки, состоящий из последовательно соединенных АЦП, блока выделения огибающей принятого сигнала, блока оценки СКО огибающей, блока сравнения значений СКО и буфера памяти, выход которого соединен с входом блока сравнения значений СКО.
Спецвычеслитель ЗГ РЛС ПВ последовательно соединен с выходом тракта усиления промежуточной частоты приемника ЗГ РЛС ПВ.
Модуль управления и отображения информации содержит индикатор имитоатаки, вход которого последовательно соединен с выходом блока сравнения значений СКО и цифровой индикатор, вход которого последовательно соединен с выходом блока оценки СКО огибающей и с выходом блока сравнения значений СКО.
Устройство может интегрироваться в штатные модули (Спецвычеслитель ЗГ РЛС ПВ и Модуль управления и отображения информации) ЗГ РЛС ПВ, функционирующие в настоящее время или другие перспективные ЗГ РЛС ПВ.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1. Функциональная схема устройства имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны Детектор имитоатаки.
Фиг. 2. Изменение нормированных значений СКО флюктуации амплитуд для отраженного радиолокационного сигнала и имитопомехи, возникающее под воздействием среды распространения радиоволн.
Фиг. 3. Отображение нормированных значений СКО в масштабе времени для визуального мониторинга моментов имитоатаки на цифровом индикаторе детектора имитоатаки.
На фиг. 1 Функциональная схема устройства имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны Детектор имитоатаки.
На схеме представлено:
1. Спецвычеслитель ЗГ РЛС ПВ.
1.1. Детектор имитоатаки.
1.1.1. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП).
1.1.2. Блок выделения огибающей принятого сигнала.
1.1.3. Блок оценки среднего квадратичного отклонения (СКО) огибающей.
1.1.4. Блок сравнения значений СКО.
1.1.5. Буфер памяти.
2. Модуль управления и отображения информации.
2.1. Индикатор имитоатаки.
2.2. Цифровой индикатор.
Все конструктивные элементы функциональной схемы устройства имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны соединены электрическими связями.
Спецвычеслитель ЗГ РЛС ПВ 1,содержит детектор имитоатаки 1.1, состоящий из последовательно соединенных АЦП 1.1.1, блока выделения огибающей принятого сигнала 1.1.2, блока оценки СКО огибающей 1.1.3, блока сравнения значений СКО 1.1.4 и буфера памяти 1.1.5, выход которого соединен с входом блока сравнения значений СКО 1.1.4.
Спецвычеслитель ЗГ РЛС ПВ 1 последовательно соединен с выходом тракта усиления промежуточной частоты приемника ЗГ РЛС ПВ.
Модуль управления и отображения информации 2 содержит индикатор имитоатаки 2.1, вход которого последовательно соединен с выходом блока сравнения значений СКО 1.1.4 и цифровой индикатор 2.2, вход которого последовательно соединен с выходом блока оценки СКО огибающей 1.1.3 и с выходом блока сравнения значений СКО 1.1.4.
Такое конструктивное решение изобретения дало новый технический эффект повышения имитозащиты ЗГ РЛС ПВ в условиях имитоатаки имитопомехами, уводящими по дальности и скорости цели.
На фиг. 2. представлено изменение нормированных значений СКО флюктуации амплитуд для отраженного радиолокационного сигнала и имитопомехи, возникающее под воздействием среды распространения радиоволн.
Показаны зондирующий и отраженный радиолокационный сигнал, и принятая имитопомеха. Иллюстрируются изменения нормированных значений СКО флюктуации амплитуд для отраженного радиолокационного сигнала и имитопомехи, возникающие под воздействием среды распространения радиоволн. Изменение СКО флюктуации амплитуд определяется различием траекторий прохождения радиоволн для радиолокационного сигнала, проходящего две статистически независимые трассы от передатчика ЗГ РЛС ПВ до цели и обратно к приемной антенне ЗГ РЛС ПВ и имитопомехи, проходящей только один участок траектории от цели (постановщика имитопомех) до приемной антенны ЗГ РЛС ПВ. Это различие определяется статистическими характеристиками среды распространения радиоволн в зоне применения ЗГ РЛС ПВ. На фиг. 2 приведены значения нормированных СКО для типовых декаметровых радиотрасс поверхностной волны.
t
t
h
h
има1
има2
max
п
На фиг. 3. представлено отображение нормированных значений СКО в масштабе времени для визуального мониторинга моментов имитоатаки. На цифровом индикаторе детектора имитоатаки, иллюстрируются моменты имитоатаки  и  с возможными изменениями СКО. Указанные на фиг. 3 значения  определяют нормированное СКО флюктуации амплитуды отраженного от цели радиолокационного сигнала,  -  максимальное изменение СКО при воздействии имитопомех,  - пороговое значение изменений СКО, определяющее срабатывание индикатора имитоатаки.
При применении данного способа используется статистический анализ изменений амплитуды флюктуационной составляющей принятого интерференционного поля, сформированного сигналами, отраженными от цели, и от подстилающей морской поверхности, а также полем, отраженным от неоднородностей ионосферы.
Сущность способа заключается в том, что излученный сигнал ЗГ РЛС ПВ проходит две траектории – от передающей антенны ЗГ РЛС ПВ до цели и обратно к приемной антенне, а имитопомеха проходит только одну траекторию: от цели (от постановщика имитопомех) до приемной антенны ЗГ РЛС ПВ. В этом случае сигнал и имитопомеха будут подвергаться разным воздействиям среды распространения радиоволн, проявляемых в изменении статистических характеристик огибающей интерференционного поля полезного отраженного сигнала и имитопомехи (фиг. 2), которые являются устойчивым признаком имитоатаки. Этот признак используется в предлагаемом способе для обнаружения факта имитоатаки ЗГ РЛС ПВ, исключить который в силу случайного характера его возникновения атакующей стороне затруднительно.
Осуществление способа
Для осуществления заявленного способа принятый радиолокационный сигнал с тракта усиления промежуточной частоты приемника ЗГ РЛС ПВ поступает на АЦП 1.1.1 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1. После преобразования в АЦП 1.1.1 сигнал поступает в блок выделения огибающей принятого сигнала 1.1.2 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1, где формируется огибающая принятого сигнала.
h
h
п
п
В блоке оценки СКО огибающей 1.1.3 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1 рассчитывается нормированное значение СКО огибающей принятого сигнала (определяемое отношением СКО к среднему значению сигнала - ), значение которого поступает в блок сравнения значений СКО 1.1.4 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1 и на цифровой индикатор 2.2 модуля управления и отображения информации 2. В блоке сравнения значений СКО 1.1.4 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1 вычисляется отношение текущего и ранее записанного нормированного СКО - , после чего выполняется сравнение вычисленного отношения с порогом срабатывания - , значение которого определяется статистическими характеристиками среды распространения радиоволн в зоне применения ЗГ РЛС ПВ (для типовых декаметровых радиотрасс поверхностной волны  ≈ 1,25). В случае не превышения отношения СКО  порога срабатывания, с выхода 1 блока сравнения значений СКО 1.1.4 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1 поступает сигнал на индикатор имитоатаки 2.1 и цифровой индикатор 2.2 модуля управления и отображения информации 2, в результате чего в индикаторе имитоатаки 2.1 фиксируется факт имитоатаки в виде звукового и светового оповещения, а в цифровом индикаторе 2.2 регистрируется момент имитоатаки (фиг. 3). В случае если отношение СКО в блоке сравнения значений СКО 1.1.4 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1 превышает порог срабатывания , то вычисленное значение нормированного СКО поступает с выхода 2 блока сравнения значений СКО 1.1.4 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1 в буфер памяти 1.1.5 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1, где производится запись текущего нормированного значения СКО - . Записанное значение нормированного СКО используется для дальнейшего обнаружения имитоатак в блоке сравнения значений СКО 1.1.4 детектора имитоатаки 1.1 спецвычеслителя ЗГ РЛС ПВ 1.
Цифровой индикатор 2.2 модуля управления и отображения информации 2 служит для отображения нормированных значений СКО в масштабе времени для визуального мониторинга моментов имитоатаки (фиг. 3).
Таким образом, заявленный Статистический способ имитационной защиты загоризонтной радиолокационной станции поверхностной волны, является новым способом повышения имитозащиты ЗГ РЛС ПВ, обеспечивающим устойчивое обнаружение имитоатак согласованными имитопомехами, уводящими по дальности и скорости цели.
Заявленный способ промышленно применим, так как для его осуществления используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.