СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СОЗДАНИЯ КОГЕРЕНТНОЙ ПОМЕХИ
METHOD AND DEVICE FOR GENERATING COHERENT INTERFERENCE

Изобретение относится к радиоэлектронному подавлению систем управления высокоточным оружием и может быть использовано при разработке комплексов защиты воздушных и наземных объектов от поражения ракетами, в основу которых положено использование когерентных помех, создаваемых из двух точек пространства.
Известны способы создания когерентных помех из двух точек пространства (см., например, С.А. Вакин, Л.Н. Шустов. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. Издательство «Советское радио», Москва, 1968 г. с. 189, А.И. Леонов, К.И. Фомичев. Моноимпульсная радиолокация. Издательство «Советское радио», Москва, 1970 г., с. 298). Существо этих способов заключается в создании фазовой неоднородности в раскрыве приемной антенны путем облучения ее когерентными сигналами из двух разнесенных точек пространства, приводящей к ухудшению точности пеленгации РЛС различных типов, в том числе работающих моноимпульсным методом. Если на входе приемной антенны действуют сигналы двух когерентных источников, то в принципе возможно создание такого результирующего сигнала, при котором равносигнальное направление пеленгатора ориентируется в точку, находящуюся за пределами базы между источниками. При этом величина ошибок пеленгации зависит от расстояния между излучающими источниками, сдвига фаз излучаемых ими сигналов, отношения амплитуд на входе пеленгатора.
Наиболее близким по технической сущности является способ создания когерентных помех атакующей объект ракете (см., например, С.А. Вакин, Л.Н. Шустов. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. Издательство «Советское радио», Москва, 1968 г., с. 189), основанный на обнаружении атакующей объект ракеты, измерении ее фазовых координат и определении факта наведения ракеты на защищаемый объект, создании когерентных помех с использованием двух разнесенных в пространстве с возможностью установки оптимального соотношения амплитуд излучаемых сигналов передатчиков помех, установленных на защищаемом объекте или в непосредственной близости от него, и, находящихся в одном элементе разрешения по угловым координатам головки самонаведения ракеты.
Наиболее близким по технической сущности является устройство создания когерентных помех атакующей объект ракете (см., например, Ю.М. Перунов, К.И. Фомичев, Л.М. Юдин. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М., Радиотехника, 2003 г, с. 231), содержащее последовательно соединенные измеритель фазовых координат ракеты и устройство управления передатчиками создания когерентных помех, установленными на защищаемых объектах или в непосредственной близости от них.
Этот способ и устройство создания когерентных помех являются наиболее близкими по технической сущности к заявляемым изобретениям.
Основным недостатком, как способа, так и устройства создания когерентных помех является существенная зависимость эффективности воздействия когерентных помех от точности установки соотношения амплитуд, и как следствие низкой точности - низкая эффективность создаваемых когерентных помех.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение эффективности применения когерентных помех за счет повышения точности установки соотношения амплитуд в каналах создания когерентной помехи.
1
0
0
1
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе создания когерентных помех, основанном на обнаружении ракеты, измерении ее фазовых координат и определении факта наведения ракеты на защищаемый объект, создании когерентных помех с использованием двух разнесенных в пространстве передатчиков помех, установленных на защищаемом объекте или в непосредственной близости от него и управлении соотношением амплитуд излучаемых помех, при определении факта наведения ракеты на защищаемый объект включают на излучение один из передатчиков помех, определяют по измеренным фазовым координатам величину мгновенного промаха ракеты и рассчитывают скорость изменения соотношения амплитуд передатчиков помех в соответствии с выражением V=A/(t-t), где А - амплитуда помехи, t - момент времени начала излучения помехи, t - момент времени достижения мгновенным промахом максимального значения, затем включают на излучение второй передатчик помех, амплитуду излучаемой помехи которого изменяют в соответствии с рассчитанной V, определяют скорость изменения мгновенного промаха ракеты и в момент времени достижения этой скорости нулевого значения прекращают управление соотношением амплитуд излучаемых помех.
Указанный технический результат достигается тем, в известном устройстве создания когерентных помех, содержащем последовательно соединенные измеритель фазовых координат ракеты и устройство управления передатчиками помех, установленные на защищаемых объектах или в непосредственной близости от них, дополнительно введены последовательно соединенные устройство определения скорости изменения мгновенного промаха наведения ракеты, схема сравнения, схема совпадения, устройство определения скорости изменения соотношения амплитуд, устройство управления соотношением амплитуд, при этом вход устройства определения скорости изменения мгновенного промаха наведения ракеты соединен со вторым выходом измерителя фазовых координат ракеты, выход устройства управления соотношением амплитуд соединен со вторым входом устройства управления передатчиками помех, второй вход устройства определения скорости изменения соотношения амплитуд соединен с первым выходом радиолокационного измерителя, второй вход схемы совпадения соединен со вторым выходом передатчика помех.
В основе изобретений лежит выбор величины скорости изменения соотношений амплитуд в каналах создания когерентной помехи, обеспечивающий совпадение во времени максимального значения мгновенного промаха ракеты и ошибок пеленгации, вызванных применением когерентных помех. Выбор величины скорости позволяет производить установку соотношения амплитуд в каналах создания когерентной помехи по максимальному значению мгновенного промаха ракеты.
1
0
0
1
Сущность изобретения способа заключается в том, что при определении факта наведения ракеты на защищаемый объект включают на излучение один из передатчиков помех, определяют по измеренным фазовым координатам величину мгновенного промаха ракеты и рассчитывают скорость изменения соотношения амплитуд передатчиков помех в соответствии с выражением V=A/(t-t), где А - амплитуда помехи, t - момент времени начала излучения помехи, t - момент времени достижения мгновенным промахом максимального значения, затем включают на излучение второй передатчик помех, амплитуду излучаемой помехи которого изменяют в соответствии с рассчитанной V, определяют скорость изменения мгновенного промаха ракеты и в момент времени достижения этой скорости нулевого значения прекращают управление соотношением амплитуд излучаемых помех.
Сущность изобретения устройства заключается в том, что в него дополнительно введены последовательно соединенные устройство определения скорости изменения мгновенного промаха наведения ракеты, схема сравнения, схема совпадения, устройство определения скорости изменения соотношения амплитуд, устройство управления соотношением амплитуд, при этом вход устройства определения скорости изменения мгновенного промаха наведения ракеты соединен со вторым выходом измерителя фазовых координат ракеты, выход устройства управления соотношением амплитуд соединен со вторым входом устройства управления передатчиками помех, второй вход устройства определения скорости изменения соотношения амплитуд соединен с первым выходом радиолокационного измерителя, второй вход схемы совпадения соединен со вторым выходом передатчика помех.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-5.
2
На фиг. 1 приведена зависимость отклонений положения энергетического центра когерентной помехи относительно середины базы между передатчиками помех (величин ошибок пеленгации) от соотношения амплитуд в помеховых каналах для различных значений отношения мощностей помехи источника и сигнала от прикрываемого объекта q, рассчитанная в соответствии с выражением (см., например, С.А. Вакин, Л.Н. Шустов. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. Издательство «Советское радио», Москва, 1968 г. с. 199). Из зависимостей, приведенных на фиг. 1, следует, что ошибки пеленгации, вызванные применением когерентных помех, изменяются в (2-5) раз при изменении соотношения амплитуд в помеховых каналах на (10-20)%.
Установка соотношения амплитуд в каналах создания когерентной помехи в общем случае осуществляется за счет изменения уровней мощности излучения одного из передатчиков помех. Установка уровня мощности излучения двух передатчиков помех с точностью (10-20)% процентов не представляется возможной. Это объясняется тем, что существующие измерительные приборы мощности излучения обладают ошибками измерения, существенно превышающими требуемую точность установки мощности. Так, например, ошибки измерения мощности излучения гармонического сигнала с использованием измерительного приемника П5-34 (см, например, Техническое описание и инструкция по эксплуатации на приемник измерительный П5-34, Минск, предприятие п/я В-2150,1984 г., с. 7) составляют 2,5 дБ, а ошибки измерения мощности излучения сигнала с использованием тестового приемника электромагнитных помех R&S ESL (см, например, Контрольно-измерительное оборудование для ЭМС, Каталог 2015 г., Rohde & Schwarz, www.rohde-schwarz) составляют порядка 0.5-0.8 дБ. Кроме того, при установке требуемого уровня мощности излучения передатчиков помех отсутствует возможность контроля установки оптимального отношения амплитуд в каналах создания помехи, обеспечивающего максимальную эффективность применения когерентных помех.
Низкая точность установки соотношения амплитуд в каналах создания когерентной помехи является основным недостатком способа-прототипа защиты объекта с использованием когерентных помех.
0
1
Постановку когерентных помех предлагается проводить поэтапно. На первом этапе осуществляют контрольное (пробное) излучение помехи с использованием одного из передатчиков помех и фиксируют момент времени t излучения помехи. Определяют по измеренным фазовым координатам ракеты скорость изменения мгновенного промаха ракеты и фиксируют момент времени t достижения этой скоростью нулевого значения. Далее определяют оптимальную скорость изменения отношения амплитуд помеховых сигналов как
0
1
где А - амплитуда помехи, t - момент времени начала излучения помехи, t - момент времени достижения мгновенным промахом максимального значения. На втором этапе включают на излучение второй передатчик помех, амплитуду излучаемой помехи которого изменяют в соответствии с рассчитанной V, определяют скорость изменения мгновенного промаха ракеты и в момент времени достижения этой скорости нулевого значения прекращают управление соотношением амплитуд излучаемых помех.
В реальных условиях наведения ракеты на цель невозможно определять положение энергетического центра излучения цели, состоящей из нескольких источников излучения. Однако существует возможность определять величину мгновенного промаха ракеты, наводимой на энергетический центр излучения цели. Изменение амплитуды помехи со скоростью V обеспечивает совпадение во времени максимальных значений ошибок пеленгации, вызванных применением когерентных помех, и мгновенного промаха ракеты, наводящейся на энергетический центр создаваемой помехи. При этом момент времени достижения амплитудой помехового сигнала оптимального значения соответствует моменту времени достижения мгновенным промахом ракеты максимального значения. Это позволяет прекратить изменение амплитуды помеховых сигналов в момент достижения мгновенным промахом максимального значения. В этом случае амплитуда помеховых сигналов будет обеспечивать наибольшее значение ошибок пеленгации при заданном отношении помеха / сигнал. При этом ошибки определения времени достижения максимального значения мгновенным промахом составляют по результатам проведенных оценок (2-5)%. Повышение точности установки оптимального соотношения амплитуд в помеховых каналах, позволяет повысить эффективность воздействия создаваемых когерентных помех
На фиг. 2 приведены зависимости мгновенного промаха ракеты от времени наведения на энергетический центр когерентной помехи для различных значений скорости перемещения энергетического центра когерентной помехи. Данные зависимости получены путем моделирования процесса наведения ракеты методом пропорциональной навигации на излучающую цель.
На фиг. 3 приведены зависимости положения энергетического центра когерентной помехи (величин ошибок пеленгации) от времени наведения для различных значений скорости перемещения энергетического центра когерентной помехи. Данные зависимости получены путем моделирования процесса наведения ракеты методом пропорциональной навигации на излучающую цель.
Из результатов, приведенных на фиг. 2 и 3, следует, что при скорости перемещения энергетического центра когерентной помехи равной V максимумы мгновенного промаха ракеты и положения энергетического центра когерентной помехи (величин ошибок пеленгации) совпадают по времени между собой. Это означает, что оптимальное значение отношения амплитуд между сигналами, излучаемыми передатчиками помех, обеспечивающее наибольшее значение ошибок пеленгации при заданном отношении помеха / сигнал в этом случае может быть найдено по максимуму значения мгновенного промаха ракеты.
0б
1
2
1
2
0б
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
На фиг. 4 приведены зависимости, поясняющие работу способа постановки когерентной помехи. Пусть в момент времени t (см. фиг. 4) осуществлено обнаружение факта наведения ракеты Р по радиоизлучающему объекту О. Для защиты объекта О применяются идентичные передатчики помех O и 0, предназначенные для создания когерентных помех. Объект О и передатчики помех расположены таким образом, что находятся в одном элементе разрешения по угловым координатам головки самонаведения ракеты Р. При этом объект О находится ровно посередине между передатчиками помех O и О. В момент времени t передатчики помех находятся в выключенном состоянии и ракета Р будет осуществлять наведение на радиоизлучающий объект О. Пусть в момент времени t (момент времени t фиксируют) с объекта О осуществляется излучение помех, мощность которых существенно превышает мощность излучения объекта О. Положение энергетического центра сложной излучающей цели О-О в момент t скачком изменится и будет практически совпадать с угловым положением излучающего помехи объекта О (см., например, Ю.М. Перунов, К.И. Фомичев, Л.М. Юдин. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М., Радиотехника, 2003 г, с. 230). Ракета Р за счет изменения углового положения энергетического центра сложной излучающей цели O-О переводится в переходный режим работы по отработке системой автоматического управления ракеты ступенчатого возмущающего воздействия. При отработке ступенчатого возмущающего воздействия процесс перенацеливания ракеты будет происходить на резонансной частоте контура наведения (см., например, А.А. Воронов. Теория автоматического управления. Ч. 1. Теория линейных систем автоматического управления. Учебное пособие для вузов. М., Высшая школа, 1977, с. 49). По измеренным фазовым координатам ракеты определяют скорость изменения мгновенного промаха ракеты. В момент времени t (см. фиг. 4) значение величины мгновенного промаха достигает своего максимального значения, обусловленного свойствами контура самонаведения ракеты, как объекта управления, а скорость изменения величины мгновенного промаха ракеты Р достигает нулевого значения. Момент времени tдостижения этой скоростью нулевого значения фиксируют. Далее рассчитывают скорость изменения соотношения амплитуд передатчиков помех в соответствии с выражением V=А/(t-t), где А - амплитуда помехи, t - момент времени начала излучения помехи, t - момент времени достижения мгновенным промахом максимального значения, затем включают на излучение второй передатчик помех, амплитуду излучаемой помехи которого изменяют в соответствии с рассчитанной V, определяют скорость изменения мгновенного промаха ракеты и в момент времени достижения этой скорости нулевого значения прекращают управление соотношением амплитуд излучаемых помех.
В этом случае соотношения амплитуд помеховых сигналов передатчиков помех соответствует по времени максимальному значению мгновенного промаха ракеты. Из зависимостей изменения мгновенного промаха ракеты от времени наведения, приведенных на фиг. 3, следует, что по характеру изменения и величине мгновенного промаха можно осуществлять контроль эффективности постановки когерентных помех.
Величина мгновенного промаха ракеты может быть вычислена с использованием измеренных фазовых координат ракеты по формулам:
а) для РЛС с импульсным излучением
где:
1(2)
D - дальности «ракета - первый (второй) защищаемый объект»;
- скорость изменения дальности «ракета - первый (второй) защищаемый объект» в момент времени t;
- угловая скорость перемещения линии «ракета - первый (второй) защищаемый объект» в момент времени t;
б) для РЛС с квазинепрерывным и непрерывным излучением:
где  - доплеровская частота отраженного от ракеты сигнала измеренная РЛС относительно первого (второго) защищаемого объекта в момент времени t;
max1(2)
F - максимальное значение доплеровской частоты отраженного от ракеты сигнала, измеренное РЛС при условии движения ракеты и защищаемого объекта навстречу друг другу.
max1(2)
м1(2)
В свою очередь значения величин F могут быть определены до момента начала вычисления величин h с достаточной для практики точностью путем расчета значений их математических ожиданий по результатам измерений РЛС фазовых координат ракеты по формуле:
где N - количество измерений (на практике достаточно 20);
1
t - момент времени, соответствующий i-му измерению;
1(2)
λ - рабочая длина волны РЛС первого (второго) защищаемых объектов.
На фиг. 5 представлена структурная схема устройства, с использованием которого может быть реализован предлагаемый способ создания когерентных помех ракете.
На структурной схеме устройства цифрами обозначены:
1 - атакующая ракета;
2 - измеритель фазовых координат ракеты;
3 - передатчики когерентных помех, установленные на защищаемых объектах или в непосредственной близости от них;
4 - устройство определения скорости изменения мгновенного промаха наведения ракеты;
5 - схема сравнения;
6 - схема совпадения;
7 - устройство определения скорости изменения соотношения амплитуд;
8 - устройство управления соотношением амплитуд;
9 - блок управления передатчиками помех.
Назначение 1-3 на фиг. 5 следует из их названия. Поэтому более подробно рассмотрим назначение 4-8, приведенных на рис 5.
Устройство определения скорости изменения мгновенного промаха наведения ракеты 4 предназначено для определения по измеренным фазовым координатам ракеты в соответствии с (2-4) величины и скорости изменения мгновенного промаха относительно одного из защищаемых объектов.
Схема сравнения 5 предназначена для сравнения скорости изменения мгновенного промаха с нулевым значением и определения момента времени этого равенства.
Схема совпадения 6 предназначена для определения момента совпадения нулевого значения скорости изменения мгновенного промаха со временем работы передатчика помех.
Устройство определения скорости изменения соотношения амплитуд 7 предназначено для вычисления в соответствии с (1) величины скорости изменения соотношения амплитуд в каналах создания помех.
Устройство управления соотношением амплитуд 8 предназначено для формирования изменяющегося во времени с заданной скоростью соотношения амплитуд передатчиков помех с целью получения оптимального соотношения амплитуд в каналах создания помех.
0
1
1
Устройство работает следующим образом. Измеритель 2 (см. фиг. 5) производит обзор пространства, обнаруживает воздушные цели, определяет их координаты, тип воздушной цели и определяет на этой основе факт наведения ракеты 1 на защищаемый с помощью передатчиков помех 3-1 и 3-2 объект. В случае обнаружения факта наведения на защищаемый объект ракеты 1 в 8 вырабатывается команда на включение на излучение первого передатчиков помех 3-1. Момент времени включения передатчика помех t фиксируется в 7 и 9. При включении передатчика помех 3-1 второй передатчик помех находится в выключенном состоянии. Положение энергетического центра сложной излучающей цели объект-передатчик помех 3-1 в момент включения передатчика помех скачком изменится, и будет практически совпадать с угловым положением передатчика помех 3-1. Ракета переводится в переходный режим работы по отработке системой автоматического управления ракеты ступенчатого возмущающего воздействия, вызванного включением передатчика помех 3-1. В 4 рассчитываются значения и скорость изменения мгновенного промаха ракеты по излучающему источнику, состоящему из излучающей цели и работающего передатчика помех 3-1, относительно защищаемого объекта. В 5 определяется момент t достижения скоростью изменения мгновенного промаха нулевого значения и фиксируется момент времени этого равенства. В 6 определяется момент совпадения нулевого значения мгновенного промаха со временем работы передатчика помех и момент времени этого равенства. При работе передатчика помех 3-1 не обеспечивается совпадения нулевого значения мгновенного промаха со временем работы передатчика помех 3-2. Поэтому на выход 6 будет передаваться только значение времени t, а в 7 производится определение значения скорости изменения соотношения амплитуд в соответствии с выражением (1). В 8 происходит формирование изменяющегося во времени с заданной скоростью соотношения амплитуд с целью получения оптимального соотношения амплитуд в каналах создания помех и формирование постоянного соотношения амплитуд передатчиков помех после достижения скоростью изменения мгновенного промаха нулевого значения.
При включении передатчика помех 3-2 на излучение работа устройства изменяется в том, что в момент достижения мгновенным промахом нулевого значения на выходе схемы совпадения формируется сигнал на прекращение изменения соотношения амплитуд, поступающий в 7.
Для реализации изобретения могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства, за исключением, устройства определения скорости изменения величины мгновенного промаха ракеты 4, схемы сравнения 5, схемы совпадения 6, устройства определения скорости перестройки амплитуд 7, устройства управления соотношением амплитуд 8.
Устройство определения скорости изменения величины мгновенного промаха ракеты 4 может быть выполнено как специализированный вычислитель, реализующий расчеты значений мгновенного промаха в соответствии с приведенными в описании заявки выражениями, и численное дифференцирование значений мгновенного промаха (см., например, В.П. Дьяконов. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М. Наука, 1987 г, с. 96, 100). Оно может быть практически реализовано как отдельный блок электронной вычислительной машины радиолокационного измерителя.
Устройство схемы сравнения скорости изменения величины мгновенного промаха с нулем 5 может быть реализовано в виде цифрового компаратора с релейной нагрузкой (см., например, Б.И. Горшков. Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник. М., Радио и связь, 1988 г., с. 142), на вход которого подается сигналы с устройства определения скорости изменения значений мгновенного промаха.
Устройство схемы совпадения 6 может быть реализовано так же как и устройство схемы сравнения 5.
Устройство определения скорости изменения соотношения амплитуд 7 может быть выполнено как специализированный вычислитель, реализующий расчеты значений скорости перестройки амплитуд в соответствии с приведенными в описании заявки выражениями. Оно может быть практически реализовано как отдельный блок электронной вычислительной машины радиолокационного измерителя, выходом которого является напряжение, пропорциональное скорости перестройки амплитуд передатчиков когерентных помех.
Устройство управления соотношением амплитуд 8 может быть выполнено в виде преобразователя частоты для асинхронных двигателей, нагруженного на высоковольтный трансформатор, на вход которого подается напряжение, пропорциональное скорости перестройки амплитуд передатчиков когерентных помех (см., например, Преобразователи частоты для асинхронных двигателей Altivar 71, www.Schneider-electric.ru).
Устройства 4-8 могут быть выполнены также с использованием модулей сбора и обработки информации, предназначенных для многоканального сбора и обработки аналоговой и цифровой информации (см,, например, Модуль сбора и обработки сигналов XDSP-1MP-AD, Skan Engineering Telecom, www.setltd.com).
Остальные устройства, используемые для реализации предполагаемого изобретения, представляют собой типовые радиоэлектронные узлы и устройства. Поэтому предлагаемое техническое решение является практически реализуемым.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующих предлагаемый способ и устройство, не обнаружена. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "новое".
На основании сравнительного анализа предложенного технического решения с известным уровнем техники по источникам научно-технической и патентной литературы можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительных, и выполняемых ими функций и достигаемых целей существует неочевидная причинно-следственная связь. На основании выше изложенного можно сделать вывод о том, что техническое решение не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".
Предлагаемое техническое решение отличается простотой конструкции и может найти применение при создании комплексов и средств защиты от ракет. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "промышленно применима".