Способ создания мерцающих помех радиолокационным системам наведения с непрерывным излучением и синусоидальной частотной модуляцией

Область применения – радиопротиводействие.
Среди ретрансляционных активных радиопомех, предназначенных для защиты пилотируемых и беспилотных аппаратов от действия самонаводящихся управляемых снарядов, наиболее универсальными являются помехи, воздействующие непосредственно на угломерный координатор ГСН и создающие дополнительные ошибки при измерении угловых координат защищаемых целей. Универсальность "угловых" помех выражается в том, что независимо от применяемых принципов селекции и типа селектирующих устройств воздействие на оконечное звено радиотракта - угломерный координатор, и создание ошибок по углу должно привести к увеличению промаха ракеты. Отсюда, однако, нельзя делать вывод о малой роли селектирующих цепей и игнорировать их при формировании "угловых" помех.
Прежде всего необходимо иметь в виду, что помеховый сигнал может оказать воздействие на координатор только в том случае, если он будет пропущен цепями селекции. Этим не исчерпывается роль цепей селекции при создании угловых помех. Желательно, чтобы комбинация "угловых" помех и помех, воздействующих непосредственно на цепи селекции, увеличивала бы полезный эффект действия "угловых" помех, т.е. приводила к еще большим угловым ошибкам координатора. Здесь следует подчеркнуть принципиальную целесообразность такой комбинации помех. Дело в том, что несмотря на важную роль в современных головках самонаведения угломерных каналов значительное загрубление или даже полный отказ от селектирующих устройств практически возможны лишь в очень ограниченном числе случаев. Это связано не только с требованиями высокой чувствительности и помехозащищенности приемных устройств ГСН, но главным образом с необходимостью наведения ракет в условиях работы по многим целям.
Так, например, в ряде иностранных систем наведения применяется режим расширения полосы пропускания приемника, если излучается мощная шумовая или импульсная помеха. Однако режим пассивного наведения возможен лишь при определенных параметрах этой помехи и является аварийным, о чем свидетельствуют имеющиеся материалы по этим системам. Работа по многим целям в таком режиме может привести к существенному снижению вероятности поражения.
Среди "угловых" помех, которые дают полезный эффект как при воздействии на координаторы с коническим сканированием, так и на моноимпульсные координаторы, наиболее разработанными являются мерцающие помехи с короткой базой. Помеховые сигналы излучаются обычно с двух самолетов в виде импульсов со скважностью, близкой к двум, причем при синхронной мерцающей помехе работе передатчика помех на одном самолете соответствует "молчание" на другом самолете и наоборот. В ряду других помех мерцающие помехи наиболее подготовлены для использования их в целях защиты высотных пилотируемых и беспилотных аппаратов, создаваемых в настоящее время и перспективных в ближайшем будущем.
При формировании мерцающих помех необходимо учитывать действие селектирующих цепей. Так, при воздействии мерцающих помех на ГСН, рассчитанные на прием непрерывных узкополосных сигналов с синусоидальной частотной модуляцией (системы наведения "Хок", "Суперхок", "Бладхаунд-2", Спарроу-3" и др.), следует иметь в виду возможность селекции помеховых сигналов, излучаемых с разных самолетов, по допплеровской частоте вследствие расхождения в радиальных скоростях этих самолетов. По этой причине при создании подобных помех обычно либо искусственно расширяется их спектр на величину возможного расхождения допплеровских частот, либо синхронно с излучением помехи производится "перетягивание" строба скорости с одной частоты на другую. Однако во всех случаях применения мерцающих помех с короткой базой необходимо, чтобы оба самолета были в пределах основного лепестка антенны ГСН. В противном случае может возникнуть энергетическое превосходство одного помехового сигнала над другим, что обычно приводит к слежению лишь за одним сигналом. Кроме того, естественно, следует обеспечить условия, при которых оба самолета находились бы в основном лепестке антенны РЛС подсвета цели, что легче выполняется для высотных самолетов и ракет.
Имеется, однако, еще одна трудность, препятствующая увеличению длины базы при создании обычных мерцающих помех непрерывным радиолокационным системам наведения. Эта трудность заключается в том, что удлинение базы приводит к необходимости расширения спектра излучаемых помех или увеличению требуемого времени "перетягивания" строба. В обоих случаях имеют место дополнительные энергетические потери. Требуемое расширение спектра определяется увеличением разности допплеровских частот сигналов от каждого из самолетов.
Известно [1], что разность допплеровских частот от мерцающих источников равна
,
где θ - угол, под которым видны с ГСН источники сигналов,
- скорости ракеты и цели соответственно.
2
Из этой формулы видно, что n-кратное увеличение базы может привести к увеличению в ΔFg раз n раз .
Так, удлинение базы в 4 раза увеличивает ΔFg в 16 раз. Вследствие ограниченного энергетического потенциала станций помех существующие способы преодоления селектирующих цепей ГСН малоперспективны или даже не пригодны в условиях увеличенных баз между самолетами.
По указанным причинам величина базы между самолетами, рекомендуемая при излучении мерцающих помех, обычно невелика (250-400 м). Малая длина базы, естественно, приводит не только к снижению возможного промаха ракеты, но и затрудняет полеты для скоростных самолетов.
Сущность предложения
Целью предлагаемого способа создания мерцающих помех является повышение эффективности последних путем обеспечения воздействия помех как по основному, так и по боковым лепесткам диаграммы направленности угломерного координатора ГСН.
Предлагаемый способ основан на введении в помеховый сигнал составляющих, которые обеспечили бы принудительный срыв режима слежения по скорости (за отраженным сигналом одного из самолетов) и захват помехового сигнала, излучаемого с другого самолета. Указанный захват происходит вследствие перехода селектирующего устройства ГСН в режим поиска и (или) попадании помехового сигнала, излучаемого вторым передатчиком помех в полосу пропускания приемника ГСН. Принудительный перевод селектирующего устройства ГСН в режим поиска по скорости обеспечивает повышение чувствительности приемника ГСН в этом режиме и, как следствие, захват сигналов, ослабленных вследствие приема их по боковым лепесткам. Сброс и захват сигналов производятся циклически путем излучения одинаковых по характеру, но смещенных по времени помех с обоих самолетов.
2
3
Последовательность излучаемых помеховых сигналов показана на рис. 1а, 1б. В течение интервала времени передатчик, установленный на первом самолете, излучает сигнал уводящей помехи по скорости, а затем - в течение интервала t t - сигнал помехи схеме проверки на когерентность. При синхронном и противофазном чередовании сигналов помех в моменты излучения уводящей с одного самолета происходит излучение помехи проверки когерентности с другого самолета, и наоборот.
Мощность излучаемых сигналов помех коммутируется таким образом (рис. 1в, 1г), чтобы обеспечить как достаточную эффективность помехи схеме проверки на когерентность, так и существенное повышение энергетического потенциала в течение интервала излучения уводящей помехи по скорости. С этой целью всю имеющуюся мощность передатчиков помех снижают во время интервала излучения помех каналу проверки на когерентность.
Выяснение сущности процессов, которые будут происходить в селектирующем устройстве ГСН при воздействии таких помех, начнем с рассмотрения случая, характеризующегося равенством радиальных скоростей обоих самолетов. При этом оба отраженных сигнала оказываются в полосе допплеровского фильтра. Один из помеховых сигналов, излученный с самолета А, характеризуется медленным изменением частоты (начало "увода" по скорости) и большой мощностью, другой, излучаемый с самолета Б, характеризуется меньшей мощностью и сдвинутой по фазе в сторону опережения модулирующей частотной функцией (помеха каналу проверки на когерентность). Вследствие энергетического превосходства наибольший вклад будет вносить сигнал большой мощности, который будет "уводить" гетеродин системы АПЧ в ГСН. В какой-то момент времени рассматриваемого интервала в пределах полосы приемника ГСН окажется только уводящий сигнал, ввиду чего будут измеряться угловые координаты самолета А. После окончания "увода" произойдет срыв слежения, в результате чего система АПЧ перейдет в режим поиска по частоте. В этот момент времени передатчик самолета А начинает излучать помеху каналу проверки на когерентность, а передатчик самолета Б - уводящую помеху по скорости. В зависимости от направления поиска по частоте в полосу пропускания системы АПЧ попадет один из помеховых сигналов. Если сначала попадает сигнал помехи проверке на когерентность, то ввиду отсутствия напряжения необходимой величины на выходе компаратора дальности после проверки на когерентность система АПЧ снова перейдет в поиск и захватит сигнал "увода" по частоте. При другом направлении поиска сразу будет захвачен сигнал "уводящей" помехи. Ввиду того что "уводящая" помеха в этом полуцикле излучается с самолета Б, антенна ГСН будет перемещаться в направлении отслеживания самолета Б.
Совпадение радиальных скоростей движения обоих самолетов с точностью до ширины полосы строба скорости является маловероятным событием. Значительно большую вероятность при парном полете имеют различные радиальные скорости. Предположим, что вначале был захвачен отраженный сигнал от самолета А и на той же частоте включается помеха каналу проверки на когерентность. Система АПЧ вследствие действия этой помехи переходит в поиск, в результате чего в полосу АПЧ попадает либо отраженный, либо помеховый сигнал другого самолета (в зависимости от направления поиска). В обоих случаях после захвата происходит измерение угловых координат самолета Б. В следующем полуцикле, наоборот, происходит отслеживание сигналов от цели А.
При различии в радиальных скоростях, превышающем величину, соответствующую ширине полосы допплеровского фильтра, требования к соотношению мощностей сигналов от двух самолетов значительно ослабляются, вследствие чего появляется возможность увеличения базы между самолетами. В самом деле, при переходе селектора в режим поиска вследствие действия сигнала помехи (срыва), излучаемого с одного из самолетов, может быть захвачен сигнал (отраженный или помеховый) другого самолета при превышении последним сигналом определенного уровня в приемнике ГСН (зависящего от чувствительности приемника и схемы АРУ). При этом следует отметить, что в пределах строба скорости оказываются сигналы лишь одного самолета, что при высокой чувствительности приемника и определяет возможности их захвата.
Для определения необходимых энергетических характеристик передатчиков помех следует учесть действие АРУ приемника. В усилителе допплеровских частот (УДЧ) приемника ГСН (до системы АПЧ) в полосе пропускания одновременно находятся сигналы обоих самолетов. Пусть  - напряжения на входе приемника от каждого из самолетов,  - соответствующие напряжения на выходе УДЧ приемника. Примем также, что коэффициент усиления приемника (до схемы АПЧ) при  постоянен и равен , а при  коэффициент усиления обратно пропорционален выходному сигналу
Т.к. при  напряжение , получим . Соотношение (1) можно преобразовать к следующему виду
где
а коэффициент μ, определяющий величину изменения соотношения  на выходе приемника, равен
где
При большой величине сигнала от одного из самолетов (А>I, α<<I) соотношение (2) упрощается: α ≈ A⋅μ.
Зависимость (2) представлена на рис. 2. Из нее следует, что при малой величине α, соответствующей малому отношению порового и выходного напряжения, а может оказаться значительно больше А, т.е. слабый сигнал будет подавляться. Для систем АРУ без задержки  определяется в основном пороговым уровнем детектора АРУ.
-15
-16
1
2
Принимая  получим  дБ. Если динамический диапазон АРУ системы АПЧ меньше μ, то потеря чувствительности равна разности между μ и динамическим диапазоном АРУ. При большом диапазоне АРУ АПЧ (>μ дБ) потери чувствительности не будет, и помеховый сигнал на входе приемника должен лишь превысить пороговую мощность (10 - 10 Вт), что выполняется в большинстве практических случаев. При попадании обоих сигналов в допплеровский фильтр указанные потери снижает возможности увеличения базы между самолетами. Обозначим энергетические потенциалы передатчиков помех, установленных на самолетах, через П и П. Мощность принимаемых антенной ГСН сигналов равна
, i = 1,2.
1
2
Отсюда соотношение между мощностями сигналов на выходе приемника равно (R = R)
1
2
где P P - мощности передатчиков в течение полуцикла действия помех,
- КНД антенный ГСН в направлении источников помех,
- коэффициент подавления в приемнике.
Из (3) следует, что дня компенсации потерь за счет приема по боковым лепесткам  дБ и действия АРУ приемника  необходимо увеличение перепада мощности на дБ.
Имеющиеся теоретические и экспериментальные данные по антеннам с параболическим зеркалом и коническим сканированием (применяемым в ГСН ракет "Хок", "Спарроу-3" и др.) свидетельствуют о том, что первый боковой лепесток диаграммы направленности таких антенн удается подавить на величину не более 18-20 дБ относительно основного лепестка. Последующие лепестки диаграммы направленности спадают значительно медленнее, меняясь при переходе к соседнему боковому лепестку на 1-1,5 дБ. Ограничиваясь первыми боковыми лепестками, нетрудно видеть, что даже в наихудшем и маловероятном случае одинаковых радиальных скоростей самолетов требуемый перепад мощности передатчика помех в течение цикла не превосходит 20-25 дБ. При различии в скоростях, обеспечивающем селекцию сигналов, требования к перепаду существенно ослабляются. Расширение эквивалентной диаграммы направленности антенны ГСН, достигаемое предлагаемым способом, естественно приводит к возможности увеличения базы между самолетами. Так, при учете лишь первых боковых лепестков это приводит к удлинению базы в 4 раза. Таким образом, сочетание указанных помех при излучении их с двух самолетов или ракет создает новый эффект действия помех, несоизмеримый с эффектом от действия отдельных видов одноточечных помех и приводящий к увеличению эквивалентной базы между помехоносителями.
Блок-схема модуляционной части устройства по предлагаемому способу показана на рис. 3.
Генератор опорных колебаний 1 выдает исходные импульсы для попеременного включения уводящей помехи срыва и помехи каналу проверки на когерентность. Канал, в котором создаются уводящие помехи срыва, состоит из стробируемого генератора медленно меняющихся колебаний 2, определяющих закон "увода" и генератора пилообразного напряжения 4, частота которого меняется с помощью каскада управления 3 в соответствии с законом увода.
Для создания синхронной помехи схеме проверки на когерентность, необходимо предварительно выделить колебание, которым промодулирован (по частоте) принятый от РПЦ сигнал. Выделение производится с помощью автогетеродинного или гетеродинного приемников. Выделенный низкочастотный синусоидальный сигнал, сдвинутый по фазе и преобразованный в напряжение  типа "меандр" поступает на парафазный усилитель 6, с выхода которого противофазные напряжения подводятся к двухтактному каскаду совпадения 7. Непрерывные пилообразные колебания от генератора 8 поступают на входы обоих плеч каскада совпадений в фазе. На выходе двухтактного каскада совпадений в течение действия импульса, подаваемого от генератора опорных импульсов, возникают пилообразные колебания, полярность которых меняется синфазно с напряжением суммирование обоих типов модулирующих помеховых колебаний производится в сумматоре 5. Результирующее колебание (с амплитудой, соответствующей размаху фазовой характеристики 27 с выхода сумматора поступает на фазовый модулятор (ЛБВ), находящийся в тракте ретранслятора помеховых сигналов. Для коммутации мощности помеховых сигналов может быть использована одна из ламп ретранслятора. Для этого импульсы с генератора опорных импульсов следует подвести к управляющему электроду этой лампы.