СПОСОБ ИСКАЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ С СИНТЕЗИРОВАНИЕМ АПЕРТУРЫ АНТЕННЫ
METHOD FOR DISTORTING THE RADIO LOCATION IMAGE IN A SYNTHETIC-APERTURE RADAR

Изобретение относится к методам и технике создания помех радиолокационным системам с синтезированием апертуры антенны (РСА) и может быть использовано при разработке средств подавления РСА, в частности, установленных на БЛА.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ (прототип) способ искажения радиолокационного изображения в космической радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны, заключающийся в приме зондирующего сигнала РСА, определении параметров сигнала, формировании модулирующей функции, модуляции сигнала на частоте принятого сигнала и излучении в обратном направлении (см., патент RU 2622904, С1, МПК G01S 13/90 G01S 7/38. Опубл. 21.06.2017 г. Бюл. №18). Эффект подавления достигается за счет формирования ложной отметки, положение которой на радиолокационном изображении (РЛИ) совпадает с положением отметки от объекта прикрытия (ОП).
Недостатком известного способа является зависимость эффективности скрытия отметки от ОП ложной отметкой, формируемой на РЛИ в РСА под воздействием помехи, от текущего положения носителя РСА в пространстве.
Техническим результатом изобретения является устранение зависимости эффективности скрытия отметки ОП ложной отметкой от текущего положения носителя РСА в пространстве за счет внесения в непрерывный ретранслируемый сигнал модулирующей функции, отражающей значение девиации частотной модуляции, обеспечивающее формирование на РЛИ ложной отметки (шумовой полосы) требуемых размеров, и установки ретранслятора на оптимальном расстоянии выноса от ОП до появления носителя РСА.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа способ искажения радиолокационного изображения в космической радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны, заключающемся в приеме зондирующего сигнала РСА, формировании модулирующей функции, модуляции сигнала на частоте принятого сигнала и излучении помехи в обратном направлении, отличающийся тем, что предварительно задают размеры области пространства, в котором ожидается появление носителя РСА, значения протяженности объекта прикрытия (ОП) и скорости внутриимпульсного изменения частоты, вычисляют расстояние смещения и ширину шумовой полосы, значение девиации частотной модуляции сигнала, излучаемого ретранслятором, предварительно вынесенным на заданное расстояние от объекта прикрытия (ОП).
Сущность изобретения заключается в том, что до появления носителя РСА задают исходные данные, вычисляют расстояния смещения шумовой полосы для различных положений носителя РСА, среднее расстояние смещение шумовой полосы, одновременно являющееся расстоянием выноса ретранслятора от ОП, размещают ретранслятор на расстоянии выноса в направлении предполагаемой области появления носителя РСА, вычисляют требуемые значения ширины шумовой полосы и девиации частотной модуляции ретранслируемого сигнала, а при появлении РСА - подвергают сигнал РСА частотной модуляции и переизлучению.
Исходными данными являются максимальные и минимальные значения наклонных дальностей между носителем РСА и ОП, максимальные и минимальные значения углов места носителя РСА относительно ОП, значения скорости внутриимпульсного изменения частоты и протяженности ОП. Значения дальностей, углов и скорости внутриимпульсной перестройки частоты задаются по данным разведки или из анализа характеристик вероятных РСА. Например, малогабаритные БЛА, оборудованные РСА (μSAR, NuSAR, Micro AS AR, NanoSAR), характеризуются высотой полета до 1000 метров и дальностью действия РЛС до 3 км [Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б. Малогабаритные многофункциональные РЛС с непрерывным частотно-модулированным излучением. Монография. - М.: Радиотехника, 2020. 280 с. +8 с цв. ил. - С.15-46.]. Протяженность ОП определяется путем измерения расстояния между двумя крайними точками ОП в направлении на область предполагаемого появления РСА.
Алгоритм расчета расстояния выноса ретранслятора от ОП, значений ширины шумовой полосы и девиации частотной модуляции поясняется на фиг. 1-4.
На фиг. 1 представлены результаты моделирования, проведенного в ВУНЦ ВВС «ВВА» (имени проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина) (г. Воронеж), в результате которого установлено, что под воздействием некогерентной ретрансляционной помехи с фиксированной временной задержкой и изменяющимся по заданному закону частотным сдвигом в РСА формируется ложная отметка в форме шумовой полосы (ШП), скрывающей отметку объекта прикрытия (точечного отражателя). На фиг. 1,а представлено изображение с отметкой ОП до воздействия ретрансляционной помехи, а на фиг. 1.б - изображение с отметкой ОП, скрытой шумовой полосой, сформированной под воздействием ретрансляционной помехи. Как видно из фиг. 1,б, для эффективного скрытия ОП необходимо, во-первых, обеспечить совмещение ШП и отметки ОП, а, во-вторых, ширина ШП не должна быть меньше размеров (протяженности) ОП.
Суть совмещения ШП и ОП поясняется на фиг. 2, где представлена зависимость положения ШП от положения ретранслятора относительно ОП и РСА. Изображения на фиг. 2,а (при отсутствии ретрансляционной помехи) и фиг. 2,б (при воздействии ретрансляционной помехи) соответствуют случаю, когда ретранслятор размещен рядом с ОП. Как видно из фиг. 2,б ШП формируется на определенном расстоянии смещения от ретранслятора.
Расстояние смещения ШП отражает величину разности времени поступления на вход приемной антенны РСА отраженного и переизлученного ретранслятором сигналов. Задержка переизлученного сигнала заключается в наличии аппаратного времени задержки, необходимого для обработки сигнала в процессе ретрансляции. Очевидно, что для скрытия ОП необходимо обеспечить совмещение ШП и отметки ОП. Для этого ретранслятор выносят от ОП в сторону РСА на расстояние выноса, равное расстоянию смещения ШП. Результат изменения положения ретранслятора представлен на фиг. 2,в, на которой ШП скрывает отметку ОП.
а
а
ар
ар
p
p
p
a
вын
Алгоритм расчета расстояния выноса ретранслятора рассмотрим для случая взаимного расположения носителя РСА (Б), ретранслятора (Р) и прикрываемого объекта (А), представленного на фиг.3, где R,r - наклонная и горизонтальная дальности от ОП до РСА соответственно; R,r - наклонная и горизонтальная дальности от ОП в направлении на РСА соответственно, равные расстоянию, которое электромагнитная волна преодолевает в пространстве за время аппаратного времени задержки ретранслятора; R - наклонная дальность от РСА до ретранслятора (R'=R); h - высота полета РСА; r - вынос ретранслятора перед ОП.
a
зад
При известном положении носителя РСА в пространстве (наклонной дальности от ОП до РСА R и угле места РСА относительно ОП ξ) и аппаратном времени задержки ретранслятора τ, расстояние выноса вычисляют по формуле
ap
ap
ap
зад
a
ap
p
a
a
где r=R cosξ; R=(сτ/2; X=r-(r+r); r=R cosξ;
8
; с=3⋅10 м/с - скорость света в свободном пространстве.
a
зад
вын
Например, для эффективного скрытия ОП от РСА, расположенного на наклонной дальности R=3000 м и с углом места ξ=20°, при времени задержки τ=2,16 мкс, ретранслятор необходимо вынести от ОП в сторону РСА на r=347,6 м.
вын
a
вын
вын max
вын min
a
p
вын
a
Пример, приведенный на фиг. 3, соответствует случаю неподвижного РСА. На практике носитель РСА постоянно перемещается в пространстве (выполняет полет), что сопровождается изменением требуемого значения расстояния выноса, необходимого для обеспечения скрытия ОП с прежней эффективностью. В результате моделирования, результаты которого представлены на фиг. 4, где приведена таблица значений расстояний выноса r в метрах в зависимости от угла места ξ и наклонной дальности между ОП и РСА R, установлено, что для носителя РСА, находящегося на наклонных дальностях 500…3000 м и в пределах углов места 10...50 градусов, разница между максимальным и минимальным значениями r составляет r - r=714-330=384 м. Пропущенные значения на фиг. 4 соответствуют случаям, когда h>R', а значение расстояния выноса r принимает значение горизонтальной дальности между РСА и ОП r. В данных случаях центр ШП не совпадает с отметкой ОП.
С целью эффективного скрытия ОП очевидна необходимость в изменении положения ретранслятора относительно ОП в диапазоне почти четырехсот метров согласно изменению положения носителя РСА в пространстве. Избежать перемещения ретранслятора возможно благодаря использованию особенности обработки ЛЧМ сигнала в процессе ретрансляции. Так, с увеличением значения девиации частотной модуляции ретранслируемого сигнала Δƒ увеличивается ширина ШП ΔR. То есть, существует такое значение Δƒ, при котором ширина формируемой ШП ΔR обеспечивает прикрытие объекта вне зависимости от положения РСА в пространстве неподвижным ретранслятором.
Для определения места размещения неподвижного ретранслятора определяют такое расстояние выноса, которое будет соответствовать среднему значению расстояний выноса для всех возможных положений РСА в пространстве. Сначала определяют среднее значение выноса ретранслятора по формуле
a
зад
вын сред
Для случая, когда наклонные дальности R могут принимать значения от 500 до 3000 метров, значения углов места ξ могут принимать значения от 10 до 50 градусов, а значение времени задержки сигнала в процессе ретрансляции τ составляет 2,16 мкс, среднее значение выноса ретранслятора r составляет 522 м.
Далее, для обеспечения эффективного скрытия ОП значение ширины формируемой ШП не должно быть меньше протяженности ОП D и составлять
Требуемое значение девиации частотной модуляции Δƒ для формирования ШП при различных углах падения зондирующего излучения определяют по формуле
с
a
a
где b=2πΔƒ/T - скорость внутриимпульсной перестройки частоты, ψ=arctg (R / h) - угол падения зондирующего излучения.
Для рассматриваемого примера максимальное значение девиации частотной модуляции Δƒ=787 846 Гц принимает при угле падения ψ=80° (угле места ξ=10°).
Следовательно, для эффективного противодействия БЛА, оснащенного РСА и выполняющего разведывательные полеты в предполагаемой области пространства, необходимо:
ретранслятор разместить перед ОП на расстоянии выноса 522 м в направлении на предполагаемую область нахождения БЛА;
значение девиации частотной модуляции ретранслированного сигнала установить не менее 787846 Гц.
Таким образом, обеспечивается скрытие ОП неподвижным ретранслятором вне зависимости от положения носителя РСА в области пространства, в пределах которого ожидается его появление.
Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, схема которого приведена на фиг. 5, где обозначено: 1 - приемное устройство; 2 - блок ввода данных; 3 - запоминающее устройство; 4 - блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы; 5 - блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы; 6 - блок вычисления ширины шумовой полосы; 7 - блок формирования модулирующей функции; 8 - модулятор; 9 - усилитель мощности.
Назначение элементов приемного устройства 1, модулятора 8 и усилителя мощности 9 известны из их названия.
Блок ввода данных 2 предназначен для ввода пользователем параметров области пространства, в котором ожидается появление носителя РСА (максимальное и минимальное значения наклонных дальностей между объектом прикрытия (ОП) и носителем РСА, максимальное и минимальное значения углов места носителя РСА относительно объекта прикрытия (ОП)), протяженность объекта прикрытия (ОП), значение скорости внутриимпульсной перестройки частоты. Блок 2 может быть исполнен в виде компактной клавиатуры с экраном индикации вводимых значений. Например, так, как устроен блок электронный из комплекта малогабаритной навигационной аппаратуры потребителя КНС ГЛОНАСС/GPS 14Ц822 ("Грот-М") [orkkniiikp.ru/catalog/navigatsionnoe-oborudovanie/14ts822].
Первое запоминающее устройство 3.1 предназначено для хранения значений скорости света в свободном пространстве, аппаратного времени задержки и числа π, записанных в память на заводе-изготовителе (недоступны для изменения пользователем). Устройство 3.1 может быть выполнено на EEPROM постоянном запоминающем устройстве Microchip АТ28С256 [www.microchip.com/wwwproducts/en/AT28C256].
Второе запоминающее устройство 3.2 предназначено для хранения значений, введенных через блок ввода данных 2 пользователем. Устройство 3.2 может быть выполнено на SRAM оперативном запоминающем устройстве Microchip 23А512 [https://www.microchip.com/wwwproducts/en/23A512].
Блок вычисления расстояния смещения шумовой полосы 4 предназначен для вычисления расстояний, на которые смещается изображение ШП относительно отметки ретранслятора, формируемые на РЛИ под воздействием помехи, при различных положениях носителя РСА в пространстве. Блок 4 может быть исполнен на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega8].
Блок вычисления среднего расстояния смещения шумовой полосы 5 предназначен для вычисления расстояния смещения ШП, среднего из вычисленных в блоке 4. Данное расстояние одновременно является расстоянием выноса ретранслятора от объекта ОП, на котором он устанавливается пользователем до появления носителя РСА. Блок 5 может быть выполнен, например, на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega8].
Блок вычисления ширины шумовой полосы 6 предназначен для вычисления требуемой ширины ШП, необходимой для скрытия на РЛИ отметки ОП при размещении ретранслятора на расстоянии выноса, вычисленного в блоке 5. Блок 6 может быть исполнен на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega8].
Блок формирования модулирующей функции 7 предназначен для вычисления значения девиации частотной модуляции (модулирующей функции), вносимой в ретранслируемый сигнал в модуляторе 8, обеспечивающей формирование на РЛИ шумовой полосы требуемой ширины, вычисленной в блоке 6. Блок 7 может быть исполнен на маломощном 8-разрядном микроконтроллере Microchip ATmega8 [www.microchipxom/vvwwproducts/en/ATmegaS].
Устройство работает следующим образом.
Функционирование устройства предполагается в два этапа: «Подготовка» и «Излучение».
На этапе «Подготовка» вводят шесть значений исходных данных (максимальные и минимальные значения наклонных дальностей и углов места, протяженность ОП, скорость внутриимпульсной перестройки частоты) через блок 2. На шести выходах блока 2 формируются введенные исходные значения, поступающие на соответствующие входы устройства 3.2, где вносятся в память. На шести выходах устройства 3.2 формируются сигналы, эквивалентные сигналам на соответствующих входах устройства 3.2. Далее в результате поступления со второго выхода устройства 3.1 на первый вход блока 4 значения скорости света в свободном пространстве, с третьего выхода - значения аппаратного времени задержки, а с первого, второго, третьего и четвертого выходов устройства 3.2 сигналов на третий, четвертый, пятый, шестой входы - параметров области пространства, в котором ожидается появление носителя РСА (максимальные и минимальные значения наклонных дальностей и углов места), вычисляют расстояние выноса ретранслятора для различных положений носителя РСА в пространстве по формуле (1). Результаты вычислений формируют на выходе блока 4, соединенного со входом блока 5. Далее, при поступлении с выхода блока 4 на вход блока 5 сигналов вычисляют среднее расстояние выноса ретранслятора по формуле (2). Далее устанавливают ретранслятор на расстоянии выноса от ОП в направлении ожидаемой области появление носителя РСА. Далее при поступлении с выхода блока 5 на первый вход блока 6 сигнала, эквивалентного среднему расстоянию смещения ШП, а с пятого выхода устройства 3.2 на второй вход - сигнала, эквивалентного значению протяженности ОП, вычисляют значение ширины ШП по формуле (3). Далее при поступлении с первого выхода устройства 3.1 на первый вход блока 7 значения числа ж, со второго выхода устройства 3.1 на второй вход - значения скорости света в свободном пространстве, с выхода блока 6 на третий вход - значения ширины ШП, с шестого выхода устройства 3.2 на четвертый вход - значения скорости внутриимпульсной перестройки частоты, вычисляют значение девиации частотной модуляции по формуле (4). Результат вычислений формируют на выходе блока 7 в виде сигнала, поступающего на второй вход модулятора 8. На этом этап «Подготовка» заканчивается.
Этап «Излучение» начинается с момента поступления на первый вход модулятора 8 зондирующего сигнала РСА. Сигнал в блоке 8 наделяется помеховой составляющей (моделируется), усиливается в блоке 9 и излучается в направлении РСА.
Ретранслированный таким образом сигнал поступает на вход приемной антенны РСА, обрабатывается и отображается на РЛИ в виде шумовой полосы. Тем самым обеспечивается эффективное скрытие отметки ОП вне зависимости от текущего положения носителя РСА в пространстве, что обеспечивает достижение технического результата.
Предлагаемое устройство практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы элементы, широко распространенные в области электроники и электротехники.