СТАТЬЯ

Облик управляемого БЛА в интересах выполнения задач полуактивной локации малозаметных воздушных объектов

Совершенствование средств воздушно-космического нападения, разработка гиперзвукового оружия, применение роботизированных беспилотных систем, создание новых видов высокоточного оружия и оснащение обычных боеприпасов лазерными и спутниковыми радионавигационными системами наведения вызывает необходимость принятия мер по изысканию новых способов разведки и поражения в области создания образцов техники ПВО.

Особенностью начального периода войны является поражение системы противовоздушной обороны (ПВО) противника и дальнейшее завоевание превосходства в воздухе. Существующая система разведки средств воздушного нападения, основанная на использовании традиционных активных моностатических радиолокационных станций, не соответствует требованиям по устойчивости функционирования в условиях боевых действий авиации пятого поколения, имеющей на вооружении многофункциональные и ударные истребители, созданные с применением технологии Stealth, ложные цели, противорадиолокационные ракеты (ПРР) и крылатые ракеты (КР) с предельно низкими высотами полета, а также широкомасштабного использования разведывательно-ударных БЛА.

В качестве примера - один из последних проектов американского агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам DARPA - проект Systems of Systems Integration Technology and Experimentation (SoSIT) предусматривает комплексное использование бомбардировщика в виде транспортного самолета - носителя ракет и беспилотных летательных аппаратов под управлением малозаметного истребителя типа F-35. После засечки местоположения действующих (излучающих) РЛС ПВО принимается решение о запуске с борта модифицированного C-130, действующего вне зоны поражения наземных огневых средств ПВО противника, беспилотных летательных аппаратов с бортовыми средствами оптико-электронной разведки и радиоэлектронного подавления. После уточнения координат РЛС, БЛА осуществляют ее радиоэлектронное подавление и в реальном масштабе времени передают информацию о ней пилоту F-35. По этим данным выдается целеуказание С-130 для пуска ракет для поражения РЭС ЗРК.

В этой связи представляются адекватными и перспективными разработки в области проектирования многопозиционных систем, состоящих из существующих (новых и модернизированных) активных РЛС и средств пассивного и полуактивного обнаружения воздушных целей с использованием БЛА (в качестве элемента структуры многопозиционной системы) для обеспечения надежного функционирования зенитных комплексов, особенно в условиях помех различного рода и интенсивности.

Кроме того, необходимо реализовывать сверхширокополосные и многоспектральные средства обнаружения, распознавания, сопровождения и управления вооружением на основе комплексирования перспективных радиолокационных систем с пространственно-разнесенными излучателями и приемниками сантиметровых, миллиметровых волн, лазерного, некогерентного оптического диапазона, включая инфракрасный и ультрафиолетовый участки электромагнитного спектра.

В целях защиты точечных объектов, таких как боевые и радиоэлектронные средства ЗРК, для обнаружения малогабаритных и малозаметных СВН, которыми являются, например, тактические БЛА, предлагается способ мультистатичной полуактивной локации воздушных целей с использованием сверхширокополосных излучателей-подсветчиков (СКИ) - сверхкороткоимпульсных генераторов, разнесенных в пространстве с помощью специализированных БЛА.

При применении распределенных источников подсвета импульсами СКИ нерадиоизлучающих воздушных целей осуществляется одновременное (в течение одной микросекунды) пеленгование станцией РТР отраженного от цели излучения или «определение траекторного портрета» воздушного объекта по результатам спектрально-пространственно-временного анализа. Дополнительным преимуществом использования СКИ является возможность определения размеров цели и, даже, материала из которого она изготовлена. Зона обзора средств, построенных на принципах предлагаемой концепции, определяется мощностью СКИ и их расположением в пространстве.

В НПО «ТРАНСКОМСОФТ» совместно с НПП «СПЕЦ – РАДИО» и ОИВТ РАН проведены предварительные эксперименты по облучению статических и динамических воздушных мишеней (БЛА), выполненных из различных конструктивных материалов, и подтверждающие возможность обнаружения и пеленгации облученных СКИ мишеней по резонансным частотам.

Предварительные результаты экспериментальных исследований по созданию условий для возникновения собственных свободных электрических колебаний в объекте (ударное возбуждение) и прием сигналов (собственных свободных колебаний) излучаемых объектом позволяют определить некоторые характеристики многопозиционной системы полуактивной локации воздушных целей.

Верхняя граница диапазона частот собственных резонансов определяется исходя из геометрических размеров объекта облучения. Эквивалентная площадь рассеяния для БЛА наименьших размеров имеет величину порядка 0,01 м2. Минимальные линейные размеры выступающих частей такого БЛА лежат в пределах 20…25 мм, что соответствует длине волны при четвертьволновом отрезке линии в качестве резонатора, при длине волны 8…10 см (частота 3…3,75 ГГц). Нижний диапазон частот определяется максимальными размерами объекта облучения, а целесообразность его использования ограничивается энергетикой возбужденных колебаний, размерами приемных антенн и условиями электромагнитной совместимости в этом диапазоне частот. Указанным требованиям соответствует частота примерно равная 1,0 ГГЦ. Необходимый диапазон частот освоен в части схемотехнической и элементной, поэтому реализация аппаратуры не вызывает трудностей.

Для оценки необходимого времени анализа (обнаружения) в приемном устройстве и пеленгации необходимо определить вероятную длительность существования свободных колебаний в конструкции объекта облучения, исходя из добротности элементарных резонаторов в объекте (выступающие части конструкции, пропеллеры, ступенчатое изменение поверхности и т.д.).

Добротность четвертьволновых резонаторов, как правило, лежит в пределах от 100 до 10000. Предполагается, что добротность четвертьволновых резонаторов в конструкции БЛА без применения специальных мер будет лежать в пределах величин 100…200 единиц. Длительность свободных колебаний в этом случае на частоте 3 ГГц при добротности 200 равна 106 наносекунд. На частоте 1 ГГц длительность будет равна 318 наносекунд.

Такие величины длительностей существования сигнала достаточны для их обнаружения станциями типа «Аскер», «Отлив», «Орион» и «Альтернатива», производящие разделенные во времени циклы обнаружения (цикл обзора полосы частот в 500 МГц за одну микросекунду) и пеленгации узкополосными (полоса пропускания 20 мегагерц) каналами, но недостаточны для осуществления пеленгации, ввиду непредсказуемости повторения ансамбля возбужденных свободных колебаний. При большом периоде повторения сверхширокополосных импульсов излучателя (0,001…1,0 секунды по требованиям энергетики излучателя) пеленгация, вышеуказанными станциями, практически невозможна, так как подвижный воздушный объект изменит пространственную ориентацию (изменится частотный состав ансамбля сигналов). В этом случае требуется применение аппаратуры типа «Корсар», осуществляющей обнаружение и пеленгацию в едином микросекундном цикле (цикл обзора полосы частот в 500 МГц и одновременной пеленгации за одну микросекунду), что позволяет решить данную задачу.

Исходя из условия, что фронт импульса возбуждения не должен превосходить по своей величине одной второй периода колебаний наивысшей частоты собственных колебаний, определяем длительность импульса возбуждения равной 330×10-12 секунды. Расчет импульсной и средней мощности передатчика подсвета проводился для следующих условий:

1.  Период повторения импульсов подсвета порядка 0,001…1 секунды (определяется скоростью перемещения объекта, энергетикой источника облучения (автономность) и требованиями к построению трассы движения).

2.  Длительность импульса излучения (330×10-12 секунды).

3.  Чувствительность приемного устройства (определена минус 130 дБ/Вт).

4.  Рубежи дальности пеленгации (10 км и 40 км - предельная дальность для прямой видимости при высоте полета БЛА 50 метров и высоте приемной антенны 10 метров).

5.  Потолок высоты малоразмерного беспилотного летательного аппарата порядка 1000 метров. 

Затухание в среде на расстоянии 10 км при частоте 3 ГГц равно минус 122 дБ. Мощность свободных колебаний должна быть минус 8 дБ/Вт. Необходимая мощность импульса возбуждения должна быть не менее 107 ватт. Данная величина определяет внешнюю эквипотенциальную поверхность объёма пространства, внутри которого гарантирована мощность возбуждения, достаточная для обеспечения функции пеленга. Для создания энергетической полусферы с радиусом 1000 метров необходима мощность в импульсе 672 мегаватта при средней мощности излучения 0,223 ватта. При применении секторного излучения (например, в секторе 60˚×60˚) необходимая мощность излучения составит 75,6 мегаватт в импульсе или увеличение в расстоянии до трех километров. Условия для формирования энергетических куполов (коэффициенты направленности, необходимая энергетика возбуждения и т.д.) требуют детальной проработки.

Примеры расширения импульса возбуждения τ = 10-9 сек, принятого из эфира, представлены на рисунке1.

   

Рисунок 1. Форма импульса возбуждения для разных размеров антенны

Такой сигнал можно принимать и детектировать. Длительность и частота собственных резонансов сигнала несет в себе информацию о размерах объекта и (может быть) о конструкционном материале объекта.

Новизна предлагаемых решений заключается в применении механизма быстрого спектрального анализа (одна микросекунда) широкой полосы частот для одновременного обнаружения/пеленгации резонансных частот, возбужденных в воздушном объекте воздействием сверхкороткого импульса. Для формирования пространственно-разнесенного электромагнитного поля сверхкоротких импульсов предполагается использовать БЛА, оснащенные генераторами СКИ, для барражирования в зоне ответственности или доставки генераторов СКИ в назначенные позиционные районы.

В целях повышения качества систем связи разрабатываемых БЛА, сокращения сроков и стоимости предполагается использовать совместную разработку НПО «ТРАНСКОМСОФТ» и Ярославского государственного университета - комплекс полунатурного моделирования, который предназначен для исследований и отладки радиомодемов перспективных систем авиационной радиосвязи. Реализация комплекса на базе аппаратуры цифровой обработки сигналов на основе ПЛИС позволяет адаптировать модель обстановки к условиям конкретных задач, в том числе и в интересах комплексов полуактивной локации.

С помощью детерминированных и статистических математических моделей канала радиосвязи можно осуществлять поиск оптимального маршрута БЛА и прогнозировать уровень сигнала вдоль маршрута полета БЛА.

Основные функциональные возможности комплекса прогноза параметров канала радиосвязи «станция управления (СУ) – беспилотный летательный аппарат (БЛА)» на базе геоинформационной системы представлены на рисунке 2.

 

Рисунок 2 Комплекс прогноза параметров канала радиосвязи «СУ-БЛА» на базе ГИС

В соответствии с условиями работы системы радиосвязи её полунатурная модель включает элементы реальной аппаратуры системы радиосвязи (например, радиомодем), а также имитатор канала распространения сигналов, имитатор преднамеренных помех и имитатор поля сигналов.

По нашему мнению в качестве прототипов БЛА предлагается рассмотреть вертолёт ТБ-29В, способного выполнять задачи доставки полезной нагрузки и осуществлять постановку помех, а также различного рода гексакоптеры и БЛА, способные осуществлять посадку на неровные поверхности.

Таким образом, для определения облика управляемого БЛА в интересах выполнения задач полуактивной локации малозаметных воздушных объектов и реализации предложенного способа разведки СВН необходима постановка НИР с привлечением заинтересованных организаций.

 

Литература

  1. Гряник В.Н., Павликов С.Н. Теория и техника радиолокации и радионавигации. -  Владивосток: ВГУЭС. 2009. – 132 с.
  2. Кучерявый А. Е. [и др.] Летающие сенсорные сети // Электросвязь. - 2014. - № 9. - С. 2-5. 
  3.  «Обнаружение и пеленгование неизлучающих объектов в пространстве средствами пассивной локации по вторичному излучению от сверхширокополосных импульсов», Сборник научных трудов VIII Всероссийской межведомственной научной конференции Академии ФСО России.
Новости
   15/01/2017
09.01.2017 произошла смена генерального директора ОАО «НПО «ТРАНСКОМСОФТ»
   11/12/2016
Сертификат системы менеджмента качества продлен
   20/01/2016
19.01.2016 произошла смена генерального директора ОАО "НПО "ТРАНСКОМСОФТ"
   06/12/2015
В ноябре сданы два этапа работ, по разработке конструкторской документации и изготовлению макетных образцов, по договорам с АО "НПП РадиоСигнал"
   02/12/2015
01.12.15 генеральный директор ОАО «НПО «ТРАНСКОМСОФТ» встретился с главой города Дубны
Публикации
СТАТЬЯ
Статья на тему: "Облик управляемого БЛА в интересах выполнения задач полуактивной локации малозаметных воздушных объектов" Горюнов В.В., ктн Терешко В. М., ктн Трофимов А.В. ОАО "НПО "ТРАНСКОМСОФТ"
ТЕЗИСЫ ДОКЛАДА
ТЕЗИСЫ ДОКЛАДА на тему: «Облик управляемого БЛА в интересах выполнения задач полуактивной локации малозаметных воздушных объектов», докладчики: Терешко Владимир Михайлович, к.т.н., генеральный директор ОАО «НПО «ТРАНСКОМСОФТ» Трофимов Александр Вячеславович, к.т.н., заместитель генерального директора по научной работе ОАО «НПО «ТРАНСКОМСОФТ»
Статья Защита Отечества
Новые направления научных исследований в области защиты объектов сухопутных войск от высокоточного оружия
Знакомьтесь, «ТРАНСКОМСОФТ»