АНАЛИЗ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ РЛС ОБЗОРА ОТ ПРОТИВОРАДИОЛОКАЦИОННЫХ РАКЕТ И ОБЛИК НОВОГО КАНАЛА ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ТРАЕКТОРНОЙ ОБРАБОТКИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье были анализированы существующие системы защиты радиолокационных станции от противорадиолокационных ракет и предложен новый канал дополнительной траекторной обработки, значительно повышающий вероятность обнаружения траектории противорадиолокационных ракет. На основе проведенного анализа и разработанных способов учета траекторных признаков распознавания предполагается синтез устройства межобзорной селекции траектории противорадиолокационной ракеты, наводящейся на РЛС обзора. Оценка данных параметров производится с помощью устройства траекторной обработки. Осуществляется  сравнение известных априорных значений ЭПР (эффективная поверхность распределения) различных типов ПРР и полученных оценок из принятого сигнала, что в конечном итоге в совокупности с траекторными признаками приведёт к принятию решения о наличии (или не наличии) «опасной» траектории. Формирование “опасной” траектории происходит по нескольким параметрам: по скорости, по дальности и по углу. Оценка данных параметров производится с помощью устройства траекторной обработки. В данном устройстве предполагается сравнение известных значений различных ПРР и принятого сигнала, что в конечном итоге приведёт к принятию решения о наличии “опасной” траектории. Указанные подходы позволяет обеспечить необходимую вероятность обнаружения ПРР (не ниже 0,5) практически на всей дальности ее полета для своевременного включения комплектов отвлекающих устройств (радиолокационных и инфракрасных излучателей) и пусковых установок для дипольных и аэрозольных помех.

ABSTRACT

In this article, the existing systems for protecting radar stations from anti-radar missiles were analyzed and a new channel for additional trajectory processing was proposed, which significantly increases the probability of detecting the trajectory of anti-radar missiles. Based on the analysis carried out and the developed methods for taking into account the trajectory recognition features, it is proposed to synthesize a device for interspecific selection of the trajectory of an anti-radar missile aimed at the survey radar. These parameters are evaluated using a trajectory processing device. The comparison of the known a priori values of the EPR (effective distribution surface) of various types of PRR and the estimates obtained from the received signal is carried out, which ultimately, together with the trajectory signs, will lead to a decision on the presence (or non-presence) of a "dangerous" trajectory. The formation of a "dangerous" trajectory occurs according to several parameters: by speed, by range and by angle. These parameters are evaluated using a trajectory processing device. In this device, it is assumed to compare the known values of various PRR and the received signal, which will eventually lead to a decision about the presence of a “dangerous” trajectory. These approaches make it possible to provide the necessary probability of detecting a PRR (not less than 0.5) practically over the entire range of its flight for timely activation of sets of distracting devices (radar and infrared emitters) and launchers for dipole and aerosol interference.

Ключевые слова: Радиолокационная станция, противорадиолокационная ракета, зенитно- ракетный комплекс.

Keywords: Radar station, anti-radar missile, anti-aircraft missile system.

Введение

В системах противовоздушной обороны современные радиолокационные станции (РЛС) обзора являются важнейшими источниками информации о воздушной обстановке. По своему назначению РЛС обзора первыми вступают в контакт с воздушным противником и в настоящее время в связи с бурным развитием высокоточного оружия РЛС превратились в первоочередные цели для поражения. Особую опасность для РЛС обзора представляют такое высокоточное оружие как противорадиолокационные ракеты (ПРР). В связи с ростом применяемого количества ПРР и их активным совершенствованием повышается актуальность защиты от них различных радиолокаторов военного назначения. Своевременное обнаружение ПРР способствует увеличению промаха при наведении ПРР на РЛС (за счет проведения специальных мероприятий) и приводит к повышению вероятности защиты РЛС от ПРР [1].

Метериалы и методы

Однако, обнаружение ПРР затрудняется тем, что оно ведется в сложной сигнально-помеховой обстановке при низком отношении сигнал/помеха, что обуславливает необходимость адаптации и коррекции алгоритмов первичной и вторичной обработки радиолокационной информации. Таким образом, селекция (выделение) ПРР не возможна за один контакт (обзор)  и требует использования алгоритмов объединения межобзорной информации – т.е. межобзорной селекции движущихся целей (МСДЦ). Несмотря на высокую эффективность известных систем межобзорной селекции ПРР, у них есть недостатки: ограниченность признаков селекции (скорость,  признак полета на РЛС и оценка эффективной площади рассеивания (ЭПР) ПРР), которые позволяют выделять только траектории ПРР с непосредственным полетом на РЛС. Помимо этого, отсутствует полное подробное описание априорных признаков селекции траекторий ПРР и конкретные практические рекомендации по их использованию. Не получены также структуры оптимальных устройств межобзорной селекции траекторий ПРР. В связи с этим, предлагается провести детальный анализ признаков селекции траекторий ПРР и разработать способ представления априорных плотностей вероятности траекторных признаков ПРР и способ учета траекторных признаков селекции ПРР. На основании полученных результатов с использованием теории статистического синтеза в условиях априорной неопределенности, предлагается синтезировать устройство межобзорной селекции ПРР, наводящейся на РЛС обзора, обеспечивающее минимизацию апостериорного риска измерения вектора состояния и межобзорной селекции ПРР, а также оптимальный учет траекторных признаков селекции противорадиолокационной ракеты. Предлагаемый подход позволит повысить вероятности обнаружения, селекции и точности сопровождения противорадиолокационных ракет, наводящихся на радиолокатор обзора, а значит и улучшить их живучесть.

Своевременное и достоверное радиолокационное распознавание типа поражающего элемента высокоточного оружия - одна из важнейших проблем и основа разумных действий расчета радиолокационного вооружения ЗРК по правильному принятию решения на использование пассивных и активных способов его защиты.

Таким образом, вопрос защиты РЛС от ПРР является актуальным.

В данной статье задачей стоит анализ существующих систем защиты РЛС от ПРР и предложение нового устройство обнаружения ПРР.

Известен способ защиты РЛС от ПРР предусматривающий выключение излучения РЛС при обнаружении ПРР и включения ложного передатчика излучающего сигналы в направлении ПРР. Недостатком данного способа является нарушение боевой работы РЛС [2].

Так же известен способ защиты РЛС, основанный на перенацеливании ПРР на ДИИ (дополнительный источник излучения), обеспечивающий непрерывную работу РЛС. Недостатком этого способа является недостаточное обеспечение гарантированного перенацеливания ПРР на ДИИ т.к. головка самонаведения ракеты различает сигналы по времени их прихода и угловым координатам, т.е. осуществляет временную и угловую селекцию цели [3].

Применения радиолокационных средств защиты РЛС типа Газетчик-Е, "Дублер" от ПРР. Однако КСЗ "Газетчик", "Дублер"  обладают следующими серьезными недостатками [4]:

а) обеспечение защиты РЛС от ПРР в диапазоне углов места от 10 до 60º, а в настоящее время углы пикирования ПРР составляют от 5…10º (HARM) до 70…90º (ALARM);

б) невозможность в настоящее время отвлечения ПРР и других высокоточных средств поражения с активными радиолокационными ГСН от защищаемой РЛС;

в) усложнение ведения боевой работы расчетом РЛС ввиду необходимости выполнения следующих дополнительных операций:

- обнаружения момента запуска ПРР с сопровождаемого самолета-носителя ввиду наличия большой незащищенной зоны в районе главного луча диаграммы направленности антенны РЛС;

- постоянного наблюдения на экранах индикаторов РЛС и анализа уровня паразитных шумов, создаваемых отвлекающими передатчиками КСЗ (комплексная система защиты).

г) низкая мобильность и живучесть в условиях массированного применения ПРР. 

Пуск облака дипольных отражателей (аэрозолей). Недостатком, который является: поскольку время существования таких облаков мало, для их поддержания должно применяются специальные ракеты. Получив отраженный от облака сигнал, неконтактный взрыватель выдает команду на подрыв боевой части ПРР на высоте 150…200 м над облаком. При этом РЛС остается вне пределов основного потока осколков. Описанный способ удобен тем, что не зависит от мер помехозащиты взрывателя ракеты, но в настоящее время появились приемы выделения такого облака как помехи [5].

Известен способ защиты РЛС от ПРР путем отворота антенны от направления на ПРР для осуществления подсвета ПРР излучением, отраженным с установленного рядом экрана из металлической сетки [6]. В качестве такого отражающего экрана может быть использовано и облако дипольных отражателей, создаваемое разрывом специально запускаемого боеприпаса. Если подобное смещение превысит порога углового разрешения ГСН (головка самонаведения) ПРР, то ракета не переориентируется на такой экран.

Способы излучения встречной активной помехи в направлении подлета ПРР. Инструментом такой помехи является размещенная рядом с РЛС помеховая станция, которая представляет собой ретранслятор сигнала неконтактного взрывателя ракеты и своим излучением искажает отраженный сигнал генератора взрывателя. Такой способ может оказаться неэффективным при кодировании сигнала взрывателя.

Известен радиолокатор с пассивной защитой от самонаводящихся на излучение ракет, содержащий антенную систему, блок передатчика, блок приемника, блок цифровой обработки сигналов, блок вторичной обработки информации, блок отображения информации, блок выделения самонаводящихся на излучение ракет и блок вычисления времени включения-выключения передатчика. Данный радиолокатор также использует для защиты выключение излучения в эфир в момент наведения на него самонаводящейся ракеты. Для принятия решения о выключении и включении излучения радиолокатора используется информация, имеющаяся на выходе штатной системы вторичной обработки информации, а именно - координаты и параметры движения (скорость и курс) воздушных объектов в зоне обзора радиолокатора. При реализации такого способа защиты возможно ошибочное принятие реальных воздушных объектов (самолет, вертолет и пр.) за самонаводящиеся на излучение ракеты и, как следствие - пропуск реальных воздушных объектов при выключении передатчика.

Известен радиолокатор «Гамма-СГ» [8], Комплексная система защиты РЛС от ПРР, разработанную в ОАО «КБ Радар» – управляющей компании холдинга «Системы радиолокации» [7], в котором для защиты от самонаводящихся на излучение ракет использовано сопряжение с внешним радиолокационным обнаружителем, который выделяет воздушные объекты, летящие на радиолокатор, определяет их скорость, рассчитывает время их подлета к радиолокатору и в момент времени, обеспечивающий пролет мимо радиолокатора самонаводящихся на излучение ракет из-за отсутствия информации о его координатах в головке самонаведения ракеты, подает на радиолокатор команду на отключение излучения, а по истечении времени подлета подает команду на включение излучения.

Недостатками такой защиты от самонаводящихся на излучение ракет являются:

- увеличение времени развертывания радиолокатора в связи с использованием внешнего радиолокационного обнаружителя;

- необходимость использования в радиолокаторе дополнительных внешних цепей питания, управления и контроля;

- снижение надежности радиолокатора из-за использования дополнительной внешней аппаратуры.

С целью снижения стоимости указанной системы, а также устранения недостатков присущих рассмотренным выше системам защиты вместо доплеровского обнаружителя ракет («Гамма-СГ», «КБ Радар») предлагается использовать выполняющий те же функции дополнительный канал обработки, работающий по принятому сигналу РЛС (рисунок 3).

Для формирования алгоритма обнаружения опасной траектории противорадиолокационной ракеты, наводящийся на ДРЛ (диспетчерский радиолокатор), исходными данными являются плоскостная траектория полёта ПРР (см. рис. 1.) и оценка ЭПР ПРР (см. рис. 2.).

Рисунок 1. Плоскостная траектория полёта противорадиолокационной ракеты

На графике плоскостной траектории полёта ПРР можно наблюдать истинную траекторию полёта и измеренные координаты. Видно, что измеренные координаты уходят от истинной траектории, это обусловлено различными вариантами применения ПРР [9-10].

Как уже было сказано ранее, одним из отличительных признаков ПРР, является его малая (в сравнении с аэродинамическими летательными аппаратами) ЭПР.

Проблема оценки ЭПР заключается в том, что мощность отраженного сигнала формируется на фоне шумов, а ракурс наблюдаемого объекта заранее неизвестен. Так на рисунке 2. приведен закон изменения значения ее ЭПР в зависимости от номера обзора ДРЛ. Таким образом, для эффективного использования полученной оценки ЭПР необходимо ее сглаживание при помощи фильтра Кальмана.

Рисунок 2. Оценка ее эффективной площади рассеивания в зависимости от номера обзора ДРЛ

Предлагаемый канал селекции траектории противорадиолокационной ракеты, наводящейся на радиолокатор обзора работает таким образом: Информация для устройства траекторной обработки реализованного по методу TBD (Track-before-detect) поступает с выхода устройства отождествления системы траекторной обработки. Далее происходит вычисление разовой оценки ЭПР и преобразования полярной системы координат в декартовый это обусловлено уменьшением ошибки измерения. Далее значение разовых оценок подаётся на вход ансцентного фильтра Кальмана в котором происходит сглаживание разовых оценок, достоинствам которого является устойчивость к неопределенности моделей, хорошую стойкость в режиме реального времени, умеренную вычислительную нагрузку. В пороговом устройстве происходит сравнение значений ЭПР, сигнала с выхода фильтра и заданного максимального значения ЭПР, если значение принятого сигнала не превышает заданное максимальное значение, то сигнал пропускается. Соответствующий сигнал поступает на ключ, который открывается и пропускает сигнал в блок формирования признаков “опасной” траектории. В блоке формирования происходит сравнение сигнала с заданными значениями и принимается решение о наличии “опасной” траектории. Принятие решения производится на основе способа выделения траекторных признаков, основанном на численном методе интегрирования Монте-Карло.

 Рисунок 3. Структура предлагаемого дополнительного канала, реализующего алгоритм обнаружения «опасной» траектории – противорадиолокационной ракеты, наводящейся на РЛС обзора

Предполагаемый вариант реализации полезной модели на примере РЛС 1Л-22 представлен на (рисунке 4.).

Рисунок 4. Предлагаемый вариант применения пассивной системы защиты РЛС обзора (на примере П-18 с 1Л22) от противорадиолокационных ракет

Заключения

В основу комплексной системы защиты РЛС от противорадиолокационных ракет (ПРР) положены способы, способствующие: уменьшению информации об объекте самонаведения–РЛС(ЗРК), смещению точки наведения противорадиолокационной ракеты от местонахождения РЛС(ЗРК). Данная система будет получать сигнал от приёмника РЛС и передавать команды через блок сопряжения с ДРЛ. Одним из основных элементов данной системы является устройство обнаружения. По сигналу поступающего с приёмника в устройстве обнаружения будет принято решение о наличии «опасной» траектории.

Список литературы:

1. Патент на полезную модель №109871 от 15/06/2011. МПК G01S 13/04. Заявка на полезную модель №2011124119/07. Радиолокационная станция. Осипов Е.В., Степанов А.С, Степанов С.Н. (прототип).
2. Е.Г. Борисов, В.И. Евдокимов. Высокоточное оружие и борьба с ним. - М.: Лань, 2013, стр. 63-72, 430-431, 319-326, 437.
3. Комплексная система защиты РЛС (ЗРК) от противорадиолокационных ракет. Режим доступа: https://kbradar.by/products/radiolokatsiya/sistemy-zashchity-ot-vto-i-prr/103/.
4. Радиоэлектронные системы. Справочник. Изд. 2-е дополненное / под ред. Я.Д.Ширмана. М.: 2006 г. – 512 с.
5. Военное обозрение [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://topwar.ru/43422-prodvinutaya-protivoradiolokacionnaya-upravlyaemaya-raketa-aargm-ot-kompanii-atk-poluchaet-vtoroy-kontrakt-na-polnomasshtabnoe-proizvodstvo.html. – Дата доступа: 11.02.2019.
6. Григорьев, А.И. Современное состояние и перспективы развития авиационных противорадиолокационных ракет стран НАТО / А.И. Григорьев // Зарубежное военное обозрение. – 2000. – №3. – С. 33–36.
7. «КБ Радар» - управляющая компания холдинга «Системы радиолокации» [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.kbradar.by.
8. Кравцов, В. А. Теория радиоэлектронной борьбы / В. А. Кравцов, А. Д. Лобанов. – Минск : ВАРБ, 1998. – 403 с.
9. Нерославский, И.М. Устройство и эксплуатация военной техники авиационной радиолокации. Радиолокационная система по-садки РСП-6М2 Ч.1. Общие сведения о радиолокационной системе посадки РСП-6М2. Приемопередающая аппаратура диспетчерского радиолокатора РСП-6М2 / И.М. Нерославский. – Минск: ВА РБ, 1996. – 152 с.
10. Охрименко, А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. Основы радиолокации: Учебник. - М.: Воениздат, 1983.