Оценка требуемой концентрации углеродисто-волокнистых материалов в аэрозольном образовании при прерывании радиолинии управления в миллиметровом диапазоне волн

УДК 621.391.82

ОЦЕНКА ТРЕБУЕМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕРОДИСТО-ВОЛОКНИСТЫХ

МАТЕРИАЛОВ В АЭРОЗОЛЬНОМ ОБРАЗОВАНИИ ПРИ ПРЕРЫВАНИИ РАДИОЛИНИИ УПРАВЛЕНИЯ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН

М.Г. Калашников, С.В. Утемов, В.Г. Керков

Радиолинии управления (РЛУ) образуют особый класс радиотехнических систем передачи информации. Если в системах радиосвязи решается задача доставки получателю информации с минимальными искажениями, то в РЛУ передается команда на выполнение объектом управления определенных операций и решается задача обнаружения сигнала, при этом допускаются значительные его искажения. Радиолинии управления обладают рядом особенностей, в частности, в них используется статистический критерий Неймана-Пирсона, в соответствии с которым вначале обеспечивается заданная вероятность ложного приёма команды (ложного срабатывания исполнительного прибора), а затем принимаются все меры для получения максимальной вероятности правильного приёма команды.

Наличие аэрозольного образования (АО) на радиолинии управления ракетой может привести к искажениям полезного сигнала, его ослаблению и прерыванию. Эффективность маскирующих аэрозольных помех радиолинии управления существенно зависит от характеристик ослабления радиосигналов управления в миллиметровом диапазоне волн (ММДВ). Ранее разработана методика обоснования требований к коэффициенту ослабления аэрозольного образования для прерывания радиолинии управления в ММДВ. Однако практическая реализация аэрозольных помех, приводящих к прерыванию сигналов управления в ММДВ, ранее не рассматривалась. Одним из путей создания таких помех является применение углеродисто-волокнистых материалов (УВМ).

В связи с этим поставленная в статье задача обоснования требований к концентрации УВМ вдоль радиолинии управления, обеспечивающих прерывание сигнала управления в РЛУ, является важной и актуальной.

При решении этой задачи получены зависимости коэффициента ослабления сигнала управления в РЛУ на полуволновых вибраторах из углеродисто-волокнистых материалов от их концентрации в аэрозольном образовании. Установлено, что для прерывания сигналов управления целесообразно осуществлять постановку аэрозольного образования, в котором концентрация УВМ вдоль РЛУ составляет величину порядка (2...3,7)х 102 1/м3. Это позволит обеспечить выполнение требований к аэрозольным помехам на основе углеродисто-волокнистых материалов по эффективности прерывания сигналов радиолинии управления

Ключевые слова: аэрозольное образование, концентрация углеродисто-волокнистых материалов

Радиолинии управления (РЛУ), работающие в миллиметровом диапазоне волн (ММДВ), нашли широкое распространение в современном поколении противотанковых ракет с неавтономными системами телеуправления, типовыми представителями которого являются противотанковые ракеты TOW-2N, -2A RF, -2B Aero RF,-Bunker Buster RF, Red Arrow [1-4].

Одним из важнейших способов борьбы с такими системами телеуправления является применение аэрозольных образований (АО) из углеродисто-волокнистых материалов (УВМ). Создание аэрозольного образования на линии радиоуправления ракетой обеспечивает ослабление и (или) прерывание радиосигналов управления ракетой в процессе ее наведения на цель [5].

Для оценки ослабляющих характеристик АО из УВМ необходимо знание параметров такого аэрозольного образования - коэффициентов излучения аУВМ, отражения рУВМ и пропускания тПР УВМ. Заметим, что коэффициент излучения любого вещества связан с его коэффициентом поглощения прямо пропорциональной зависимостью. Если пренебречь возможностью отражения излучения РЛУ каждым

Калашников Михаил Григорьевич - ВУНЦ ВВС «ВВА», канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. 8-910-348-05-90 Утемов Сергей Владимирович - ВУНЦ ВВС «ВВА», канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. 8(473) 220-92-36 Керков Владимир Георгиевич - ВУНЦ ВВС «ВВА», канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. 8-980-556-19-71

отдельным элементом АО из УВМ от его поверхности обратно внутрь элемента, то можно считать, что значение коэффициента излучения аэрозольного образования численно равно значению его коэффициента поглощения. Последнее, в свою очередь, определяется ослабляющими свойствами АО из УВМ, которые можно оценить на основе результатов [6].

В [7] приведена методика обоснования требований к коэффициенту ослабления аэрозольного образования для прерывания радиолинии управления в ММДВ.

Целью статьи является обоснование требований к концентрации УВМ вдоль радиолинии управления (требуемому количеству эффективно действующих полуволновых вибраторов из УВМ в аэрозольном образовании), обеспечивающих прерывание сигнала управления ракетой в РЛУ, работающей в ММДВ.

Используя результаты [6] можно показать, что коэффициент ослабления АО из УВМ определяется из выражения

Росл = ехр[-Бэф.осл. W

где 5зФ.ОСЛ. - максимальное значение эффективной поверхности ослабления (ЭПО) АО из УВМ на трассе распространения сигналов РЛУ ракетой; W(x, у, 2) - трехмерная плотность распределения полуволновых вибраторов из УВМ в аэрозольном образования (в системе координат, связанной с цен-

тром АО, причем ось Ъ направлена вдоль оси диаграммы направленности антенны подавляемой РЛУ ракетой).

В общем случае полуволновые вибраторы из УВМ наряду с поглощающими свойствами обладают и свойствами рассеяния. При этом результирующая поверхность ослабления 5зф.ост. определяется суммой эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) £эф.рас. и эффективной поверхности поглощения (ЭПП) ¿эф.погл., то есть

^эф.осл. = С^эф.рас. + ^эф.погл.) = 0,1'7A2Nд, (2) где X - рабочая длина волны полуволновых вибраторов из УВМ; №Кд количество эффективно действующих полуволновых вибраторов из УВМ в АО; N - общее количество полуволновых вибраторов из УВМ в АО; Кд = (0,2...0,4) - коэффициент действующего числа полуволновых вибраторов из УВМ.

Из анализа выражения (1) видно, что коэффициент ослабления АО из УВМ рОСЛ изменяется от 1, когда излучение РЛУ проходит через аэрозольное образование без ослабления, до 0, когда излучение РЛУ полностью ослабляется в АО. Таким образом, параметр рОСЛ по существу является коэффициентом пропускания аэрозольного образования из УВМ.

В случае, если АО из УВМ обладает только поглощающими свойствами, 5ЭФОСЛ. = 5ЭФПОГЛ. и

Росл = тпр.увм = 1 — тпогл.увм.

Для аэрозольного образования из УВМ, обладающего наряду с поглощающими свойствами также и свойствами рассеяния, помимо определения коэффициентов аувм= Тпогл увм и тш увм необходимо знание и коэффициента отражения (рассеяния) АО из УВМ - рУВМ. Оценка этого параметра может быть проведена по результатам определения параметров тПР увм и тПОГЛ увм согласно формуле:

Рувм = 1 — тпогл.увм — тпр увм

На основе формул (2, 3) можно определить выражения для коэффициентов Тпогл увм, Рувм, и Тпр увм применительно к конкретным моделям аэрозольного образования из УВМ. На практике при создании пассивных помех РЛУ возможно формирование АО в виде завесы или локального образования. Применительно к этим моделям выражения для определения коэффициентов Тпогл увм, Рувм, и Тпр увм можно представить в следующем виде:

тпогл.увм; = %вм i = 1 — ехр

Тпр увм ; = Росл = ехрС-^0^),

V; = ехр [- ¿ = 1,2; 0 < 80 < 3а,

где S1 - площадь поперечного (по отношению к направлению полета средства ВТО) сечения АО из УВМ - площадь завесы из полуволновых вибраторов из УВМ, S2 = 2пс2 - площадь локального аэрозольного образования полуволновых вибраторов из УВМ); с - среднеквадратическое рассеяние излучения на трассе распространения радиосигналов управления ракетой в локальном АО из УВМ, 5о -параметр закона распределения УВМ в АО.

Здесь индекс i=1 относится к завесе с равномерным распределением в ней полуволновых вибраторов из УВМ, а индекс i=2 - к локальному образованию с нормальным распределением в нем полуволновых вибраторов из УВМ.

Для эффективного прерывания сигналов РЛУ ракетой при заданных значениях Si, тПОГЛ увм, Рувм, и Тот увм из выражений (2), (4).. .(6) можно получить требуемое значение 5ЭФ.ОСЛ., а из выражения (1) -требуемую для прерывания радиосигналов управления ракетой концентрацию УВМ вдоль РЛУ.

В [7] показано, что для прерывания сигналов телеуправления ракетой в ММДВ требуемое значение коэффициента ослабления АО должно составлять величину порядка 2,5*10-2 (на дальности полета ракеты, не превышающей 2 км), и величину порядка 10-1 - на дальности 4 км. Соответствующая этим величинам коэффициента ослабления АО требуемая для прерывания радиосигналов управления ракетой концентрация УВМ вдоль РЛУ, рассчитанная с помощью приведенных зависимостей (1-6), составит: на длине волны X = 3,2 мм величину (1...2,2)*102 1/м3, а на длине волны X = 8,6 мм -

(2...3,7)х102 1/м3.

Таким образом, для прерывания сигналов управления ракетой в трёх и восьми миллиметровом диапазонах длин волн целесообразно осуществлять постановку АО, в котором концентрация УВМ вдоль РЛУ составляет величину не менее (2...3,7)х102 1/м3. Это позволит обеспечить выполнение требований к АО из УВМ по эффективности прерывания сигналов управления ВТО.

Литература

1. Авиационные системы радиоуправления. Т.3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения [Текст] / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова .- М.: Радиотехника, 2004. -320 с.

2. Высокоточное оружие зарубежных стран. Т.1. Противотанковые ракетные комплексы [Текст] // Обзорно-аналитический справочник. - Тула: ООО «Издательская группа «Бедретдинов и Ко», 2008. - 564 с.

3. Начало производства беспроводных ПТУР TOW [Текст] // Сборник научно-технической информации. -Тула, КБП, 2008. - № 1(23). - С. 63-66.

4. Противотанковые системы «РЭД ЭРРОУ» [Текст] // Военно-техническое сотрудничество. - 2002. - № 32. -С. 56-58.

5. Алимин, Б.Ф. Современные разработки поглотителей электромагнитных волн и радиопоглощающих материалов [Текст] / Б.Ф. Алимин // Зарубежная радиоэлектроника. - 1989. - № 2. - С. 75-82.

6. S. Kownacki. Serecning Effect of a Chaff cloud // Transaction on aerospace and electronic Systems. - 1967. - V. AES-3. - № 4. -P. 23-26.

7. Калашников, М.Г. Методика обоснования требований к коэффициенту ослабления аэрозольного образования для прерывания радиолинии управления в миллиметровом диапазоне волн [Текст] / М.Г. Калашников, С.В. Утемов, В.Г. Керков // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2015. - Т. 11. - № 5. - С. 72-74.

Военный учебно-научный центр военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

ESTIMATE OF DEMANDED CONCENTRATION OF UGLERODISTO-FIBROUS MATERIALS

IN AEROSOL FORMATION AT INTERRUPTION OF RADIO-FREQUENCY SPECTRAL LINE OF GUIDANCE IN MILLIMETRIC WAVE RANGE

M.G. Kalashnikov - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Military Educational and Scientific Center of the Air Force «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy», Voronezh, Russian Federation, PhD +7-910-348-05-90

S.V. Utyomov - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Military Educational and Scientific Center of the Air Force «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy», Voronezh, Russian Federation, PhD +7-951-853-07-00

V.G. Kerkov - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Military Educational and Scientific Center of the Air Force «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy», Voronezh, Russian Federation, PhD +7-980-556-19-71

Radio link control (RLC) form a special class of radio communication systems. If the radio systems solve the problem of delivery to the recipient information with minimal distortion in the RLC is transferred to the command object to perform certain operations, control and solve the problem of signal detection, while it allowed a significant distortion. radio control have a number of features, in particular, they use statistical Neyman-Pearson criterion, according to which the first is provided by a given probability of false reception team (false alarm executive device), and then take all measures to maximize the probability of correct reception of the team.

The presence of aerosol formation on the radio link control can lead to distortion of the desired signal, and a weakening of its termination. The efficacy of aerosol masking noise missile control radio depends essentially on the characteristics of the attenuation control of radio waves in the millimeter range. Earlier, the technique of substantiation requirements for the attenuation of aerosol formation for radio control interruption in the millimeter range. However, the practical implementation of airborne noise leading to an interruption of the control signals in the millimeter range not previously considered. One way of creating such interference is the use of carbon-fiber materials (CFM).

In connection with this problem posed in the article to substantiate claims CFM concentration along the radio control, provide management interrupt signal RLC is an important and urgent.

In solving this problem are obtained depending on the attenuation control signal to the RLC at half-wave dipoles made of carbon-fiber materials by their concentration in the aerosol formation. It was found that for the interrupt control signals it is advisable to carry out the formation of an aerosol formulation in which the concentration of CFM along the RLC is of the order (2...3,7)x 102 1/m3. This will ensure compliance with the requirements for aerosol interference on the basis of carbon-fiber materials on the effectiveness of the radio signals interrupt management

Key words: aerosol formation, concentration of carbon-fiber materials

References

1. Aviacionnie T. 3. Systemi komandnogo radioupravlenia. Avtonomnie I kombinirovannie systemi navedenia [Aviation radio system. Vol. 3. Command radio control. Autonomous and combined guidance system] / Pod red. A.I. Kanaschenkova i V.I. Merkulova - M.: Radiotehnika, 2004. - 320 s.

2. Visokotochnoe oruzhie zarubezhnih stran. T. 1. Protivotankovie raketnie kompleksi [Precision-guided weapons to foreign countries. Vol. 1. Anti-missile systems]/ Obzorno-analiticheskii spravochnik. - Tula: OOO «Izdatelskaya gruppa «Bedretdinov i Ko», 2008. - 564 s.

3. Nachalo proizvodstva besprovodnih PTUR TOW [Start of production of the wireless TOW ATGM]// Sbornik nauchno-technicheskoi informacii. - Tula, KBP, 2008. - №1(23). - S. 63-66.

4. Protivotankovie systemi «Rad Arrow» [Anti-system "RED ARROW"] / Voenno-technicheskoe sotrudnichestvo. - 2002 -№32. - S. 56-58.

5. Alimin B.F. Sovremennie razrabotki poglotitelei elektromagnitnih voln i radiopoglgschayuschih materialov [Modern developments absorb statistics of electromagnetic waves and radar absorbing materials] / B.F. Alimin // Zarubezhnaya radioelektroni-ka. - 1989. - №2. - S. 75-82.

6. S. Kownacki. Searching Effect of a Chaff cloud // Transaction on aerospace Systems. - 1967. - V. AES-3. - №4. -P. 23-26.

7. Kalashnikov M.G., Utyomov S.V., Kerkov V.G. Metodika obosnovania trebovanii k koefficientu oslablenia aerozolnogo obrazovania dlya prerivania radiolinii upravlenia v millimetrovom diapazone voln [Methodology of justification of requirements to the attenuation coefficient of the aerosol formation to interrupt the radio link management in Milli-meter wavelengths] / M.G. Kalashnikov, S.V. Utyomov, V.G. Kerkov // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. - 2015. - T.11. -№5. - S. 72-74.