Основы теории радиосистем и комплексов радиоэлектронной борьбы. Учебное пособие

71

Взрывчатка помещена в медную трубку, которая при взрыве обеспечивает КЗ. До взрыва по статорной обмотке протекает нарастающий ток (1…1000) кА. В момент достижения им максимума происходит подрыв, конически деформируемый ротор производит короткое замыкание статорной обмотки (рис. 6.3), что приводит к быстрому сжатию магнитного поля. Выходной ток при этом достигает десятков МА. Это эквивалентно сильному разряду молнии.

Рис. 6.3. Деформация генератора при подрыве взрывчатки

Также используются так называемые МГД-генераторы, приводимые в действие взрывчаткой или ракетным топливом. В токопроводящей плазме возникает ток, находящийся в движущемся магнитном поле, и достигается аналогичный ГВСМП эффект. Диапазон действия таких устройств невелик (около 300 м), и поэтому необходима доставка ЭМБ к месту назначения. Для излучения энергии в место назначения требуются большие антенны, так как используется НЧ диапазон до 1 МГц. Для этого применяют катушки провода, сбрасываемые вместе с ЭМБ.

6.2. Техника создания ВЧ ЭМО

Основная идея состоит в преобразовании кинетической энергии пучка электроном в электромагнитную энергию СВЧдиапазона. В отличие от НЧ ЭМО излучение оказывается направленным.

72

Можно использовать мощные СВЧ-приборы: магнетроны, клистроны, лазеры на свободных электронах и плазменные лучевые генераторы и др. Наибольшее распространение получили клистроны, называемые виркаторами (виркатор - генератор с виртуальным катодом), устройство которого изображено на рис. 6.4.

Виртуальный катод

Изолятор

Анод

Рис. 6.4. Виркатор

Виркатор представляет собой круглый волновод, переходящий в конус, катод крепится на изоляторах и имеет форму металлических стержней. Анод – металлическая сетка. На вход подается высокое (до 1 МВ) напряжение, что вызывает взрывную эмиссию с катода. Электроны ускоряются в положительном поле анода, по инерции «проскакивают» анодную сетку и тормозятся кулоновским полем. В зоне так называемого виртуального катода они попадают в тормозящее поле анода, возвращаются, и возникают СВЧ колебания в зоне между физическим и виртуальным катодами. Стартовый ток может достигать 10 КА. Достоинством виркаторов является возможность фокусировки излучения, а недостатком - низкий КПД (около 1 %), что объясняется интерференцией электромагнитных волн. Целесообразно использовать решетки виркаторов, которые подобно фазированным антенным решеткам усиливают и дополнительно фокусируют излучение. Примерные характеристики виркаторов: длительность формируемого электромагнитного импульса τ> 1 нс, спектральная плотность мощности излучения P=105…106 Вт/Гц. Выбор частоты определяется резонансным поглощением на молекулах воды и кислорода атмосферы, а также необходимой дальностью действия виркатора.

73

Тактика применения ЭМО. Используются стационарные или мобильные комплексы ЭМО. Мобильные комплексы размещаются в непосредственной близости от места подавляемой РЭС. Мобильные комплексы эффективнее стационарных, так как собственные РЭС при их применении оказываются удаленными. Для доставки ЭМО любых типов целесообразно использовать высокоточное оружие.

6.3. Ударно-волновой излучатель

Ударно-волновой излучатель (УВИ) содержит постоянные магниты и магнитопровод в форме перекрещивающихся обручей с магнитными полюсами в виде усечённых конусов, направленных в центр образовавшейся сферы. Внутри магнитопроводов размещена сфера, внутри которой содержится заряд взрывчатого вещества (ВВ) со скоростью детонации около 8000 м/c. В полости центра сферы ВВ установлен монокристалл йодида цезия с оптической осью, проходящей через полюсы магнитной системы. Усечённые полюсные конусы собирают магнитное поле в области, занимаемой монокристаллом йодида цезия. Конструкция сферы обеспечивает создание в этой области сходящейся сферической ударной волны. Вследствие скин-эффекта размер области сжатия магнитного поля много меньше начального радиуса монокристалла. Ударная волна, отразившись, меняет направление на обратное, что приводит к скачкообразному изменению магнитного поля и генерации электромагнитного импульса. Длительность генерации менее 1 нс, частота излучения от сотен МГц до сотен ГГц в одном импульсе. УВИ применяется в мощных электромагнитных бомбах и ином электромагнитном оружии, действие которого основано на поражении целей радиочастотным электромагнитным излучением.

Всвязи с применением сложной технологии изготовления стоимость УВИ по сравнению с иными видами взрывных генераторов электромагнитных импульсов велика.

Внастоящее время минимальный калибр боеприпасов электромагнитного излучения (ЭМИ) с ударно-волновым излучателем может составлять 105 мм, что позволяет для их доставки использовать артиллерийские орудия.

Впоследние годы активно развивается направление применения рельсовых пушек. Они использует электромагнитную силу Лоренца, чтобы разогнать электропроводный снаряд до гипер-

74

звуковой скорости. Снаряд изначально является частью электрической цепи. Используется подвижная арматура, соединяющая рельсы. Ток, идущий через рельсы, возбуждает между ними магнитное поле, перпендикулярное к току, проходящему через снаряд и смежный рельс. В результате происходит взаимное отталкивание рельсов и снаряда, который приобретает ускорение до достижения гиперзвуковой скорости. Такие снаряды могут использоваться, в том числе для доставки других видов ЭМО к месту назначения.

6.4.Защита от ЭМО

1.Предотвращение взрыва ЭМБ путем уничтожения средств доставки.

2.Полная экранировка РЭС.

3.Использование фильтров по всем внешним цепям РЭС.

4.Применение волоконно-оптических линий вместо традиционных электрических соединений.

5.Применение лазерных и воздушно-оптических линий связи.

6.Повышение живучести РЭС, в том числе с использованием распределенных систем.

7. Средства РЭБ в спутниковой навигации

Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) — комплексные радиоэлектронные системы, состоящие из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенные для определения местоположения (географических координат и высоты), точного времени и параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) наземных, водных и воздушных объектов. СРНС находят применение в современных системах вооружения, транспорте, космических системах, геодезии и картографии, строительстве, системах безопасности, спасательных работах и для частного использования. СРНС выполняют свои функции в любой точке планеты, что характеризует их как глобальные системы. Важными качествами СРНС являются их автономность и беззапросный режим функционирования [11, 12].

Использование псевдослучайных сигналов придает им высокую помехозащищённость и надёжность при небольшой мощности излучения передатчиков. Тем не менее, организованные специальным образом активные помехи способны существенно снизить

75

точность спутниковой навигации, а в ряде случаев полностью их заблокировать.

Навигационные системы NAVSTAR (чаще называемые GPS) и ГЛОНАСС состоят из трёх подсистем:

-подсистема космических аппаратов;

-подсистема контроля и управления;

-навигационная аппаратура потребителей.

Кроме того, они все больше оснащаются различными дополнениями, улучшающими их характеристики.

Наиболее простым методом радиоэлектронной борьбы со спутниковыми радионавигационными системами является создание помех, направленное против аппаратуры потребителей (АП). Так как передатчики навигационных спутников (НС) имеют небольшую мощность (50 Вт) и расположены на расстояниях около 20 000 км, то их сигнал легко подавляется близкорасположенными радиосредствами, работающим в совпадающем диапазоне частот, в том числе непреднамеренными и преднамеренными источниками помех. Источником непреднамеренных помех являются радиосредства, использующие L-диапазон частот. Действие шумов и помех направлено на снижение отношения сигнал-шум ниже критических значений, при которых происходит срыв слежения за спутниковыми сигналами.

Влияние одиночного источника шумовых помех, используемого для разрушения навигационной информации и получившего название «jammer», на приемники аппаратуры потребителей не так эффективно, как множественных маломощных передатчиков, создаваемых распределенными передатчиками помех. Множественные источники помех типа jammer, работающие на разных частотах, весьма сложно пеленговать, поскольку в пространстве создается сложная интерференционная картина, меняющаяся ввиду расстройки частот передатчиков.

Другим типом помех являются помехи, имитирующие навигационные сигналы реальных спутников, но вносящие в них изменения, приводящие к ложному вычислению координат. Такие помехи получили название «Spoofing». Spoofing-атака на СРНС заключается в передаче несколько более мощного сигнала, чем полученный от спутников, что обеспечивает захват и слежение за ним аппаратуры потребителя. Затем формируется сигнал, в который вносятся изменения, приводящие к постоянно возрастающим ошиб-

76

кам измерения координат. Наиболее эффективно spoofing применяется при известных координатах атакуемой цели для формирования правдоподобных задержек сигнала.

Необходимо отметить, что для срыва работы навигационной АП, требуется одновременное подавление сигналов от нескольких навигационных спутников. Частотное разделение каналов, используемое в СРНС ГЛОНАСС, с энергетической точки зрения делает ее более помехоустойчивой по сравнению с СРНС GPS, в которой применяется кодовое разделение сигналов.

7.1. Помехи в системах спутниковой навигации

Мощность сигнала отдельного НС на входе приемника, расположенного на поверхности Земли, определяется формулой пассивной локации

где Рпер мощность передатчика НС, обычно не превышающая 50 Вт, G1 и G2 коэффициенты усиления передающей и приемной антенн спутника и АП соответственно, 1 и 2 КПД антеннофидерных устройств передающего и приемного трактов соответственно, длина волны навигационного сигнала (для системы GPS соответствует частоте 1575,42 МГц), R расстояние от НС до АП. В зависимости от угла места R лежит в диапазоне (20180…25080) км. Отношения сигнал-шум, отнесенные к единице полосы частот, находятся в диапазоне (35...49) дБ/Гц.

Относительно низкий уровень навигационного сигнала на входе приемника АП позволяет при расположении вблизи него передатчика помех существенно снизить точность и даже сделать невозможным позиционирование.

При включении передатчика постановщика помехи мощностью PПП на рабочей частоте СРНС и расположенного на расстоянии RПП от АП уровень помехи на ее входе

78

хами применяют антенную решетку, уменьшающую коэффициент усиления антенны в направлении источников помех. Методом борьбы с постановщиками шумовых помех является и адаптивная узкополосная режекторная фильтрация, заключающаяся в постановке на входе коррелятора самонастраивающегося узкополосного фильтра, не пропускающего помехи на вход устройства обработки (многоканальный коррелятор).

Для узкополосных помех, которые представляют собой гармонические колебания, возможно их подавление за счет режекции в частотной области с использованием адаптивных алгоритмов подавления внутридиапазонных узкополосных помех. При этом наблюдаются потери в полезном сигнале, однако такая режекция осуществима в одном приемном канале.

Алгоритм режекции в частотной области реализуется с помощью фильтра на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ) путем разбиения входной последовательности данных на выборки по N отсчетов с последующим применением процедуры БПФ, пороговой обработки в частотной области и восстановления сигнала во временной области. С помощью такого алгоритма для гармонической помехи обеспечивается подавление помехи примерно на

15 дБ.

Один из эффективных способов борьбы с такой помехой основан на использовании в аппаратуре потребителя антенны, периодически меняющей своё пространственное положение. Поскольку спутники находятся на значительном удалении друг от друга, а ложные сигналы приходят из одного близкого места, фаза несущего колебания от реальных спутников и постановщика помехи будет меняться различным образом, что позволяет селектировать такие помехи.

Наиболее надежным способом борьбы с помехами в СРНС является применение интегрированных систем навигации, использующих канал автономной навигации и периодическую коррекцию навигационных данных с учетом реальной динамики объекта навигации.

8. Недостатки существующих средств РЭБ и перспективы развития средств РЭБ

К основным проблемам, стоящим перед разработчиками средств РЭБ, относятся:

79

-чрезмерное дублирование различных радиосредств на относительно малогабаритных носителях, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик, увеличивает энергопотребление;

-большие массогабаритные характеристики и ограниченная номенклатура существующих средств РЭП, не позволяющая оснастить ими малые и сверхмалые беспилотные летательные аппараты;

-недостаточная помехозащищенность каналов обмена информацией, большое время обмена данными и большое количество используемых интерфейсов;

-недостаточная электромагнитная совместимость РЭС вследствие высокого уровня внеполосных и побочных излучений передатчиков, недостаточная стабильность эталонов частоты и времени;

-проблема подавления РЭС с быстрой перестройкой параметров, в том числе несущей частоты, из-за недостаточного быстродействия и малой пропускной способности аппаратуры РЭБ;

-недостаточная точность пеленгования источников излучения системами радиоразведки затрудняет их пространственную селекцию;

-недостаточно широкая полоса усилителей мощности и их низкий КПД, особенно в диапазоне выше 10 ГГц.

Перспективны все направления развития, позволяющие преодолеть перечисленные недостатки существующих систем РЭБ. Кроме того, в ближайшие годы получат развитие космические системы РЭБ, так как из космоса ведется радиоразведка, обеспечиваются высокоточная навигация и управление оружием, радиосвязь, предупреждение о ракетном нападении, осуществляется метеообеспечение. Из космоса могут наноситься неожиданные высокоточные удары по целям на земле и решаться многие другие задачи радиоэлектронной борьбы.

Кроме того, использование космического пространства обеспечивает:

-получение полной и достоверной информации о параметрах РЭС (радиоразведка);

-развертывание РЭС космического базирования, способствующих достижению военных целей в конфликтах;

-мониторинг использования другими странами космического пространства, а также акваторий морей и океанов.

80

Библиографический список

1. Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба. – М.: Вузовская книга, 2013. - 360 с.

2. Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. – М.: Радиотехника, 2008. – 416 с.

3. Бакулев П.А. Радиолокационные системы.– М.: Издательство «Радиотехника», 2015 – 440 с.

4.Кошелев В.И., Белокуров В.А. Методы стабилизации уровня ложной тревоги при обнаружении радиолокационных сигналов: учеб. пособие. - Рязань, 2008. – 48 с.

5.Радиотехнические системы: учебник для вузов по спец. "Радиотехника" /Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др. - М. : Высшая школа, 1990. – 496 с.

6.Радиотехнические системы /под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 592 с.

7.Кошелев В.И. Системное проектирование бортовых РЛС: учеб. пособие. - Рязань, 2007. – 48 с.

8.Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. – М.: Воениздат,

1989. – 320 с.

9.Юдин В.Н. Основные энергетические соотношения при анализе эффективности противорадиолокационной маскировки ЛА.

–М.: МАИ, 2000. – 83 с.

10.Исследование дальности действия радиолокационных систем в условиях радиоэлектронной борьбы: методические указа-