АО «Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы» logo

Статьи

автор

Акционерное общество «Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы»

Мобильный комплекс контроля защищенности объектов от систем видовой разведки с использованием беспилотного летательного аппарата (БЛА)


avatar author

Автор: Болкунов Александр Анатольевич,

директор «Центра системных исследований и разработок», к.т.н., доцент.

avatar author

Автор: Лихачев Владимир Павлович,

профессор кафедры Боевого применения средств РЭБ (с воздушно-космическими системами управления и наводящимся оружием), доктор технических наук, профессор.

avatar author

Автор: Павлов Константин Алексеевич,

заместитель генерального директора.

В настоящее время в армиях иностранных государств реализуется концепция построения сложной эшелонированной комплексной системы технической разведки [1-3], оснащенной разведывательной аппаратурой, работающей в широком спектральном диапазоне. Наличие такой системы технической разведки позволяет с наибольшей эффективностью применять высокоточное оружие при решении задач уничтожения объектов, вооружения и военной техники (ОВиВТ).

По мнению специалистов, ожидается информационное обеспечение вооруженных сил иностранных государств от средств:

- радиолокационной видовой разведки воздушного базирования типа: ASTOR, J-STARS и т.п., GlobalHawk, Predator, Reaper, (РЛС с синтезированной апертурой антенны (РСА) –AN/ZPQ-1,AN/APY-8 Lynx II, PARUS, NanoSAR, ImSAR, AN/ZPQ-1 TESAR, TUAVR, и др., США; SWORD, AWARDS, QuaSAR, Swift, MiSAR и др. Европа; EL/M-2055, Израиль; LUNA, Германия) и др.,

- радиолокационной видовой разведки космического базирования типа: космических аппаратов (КА) военного и коммерческого назначения: SAR-Lupe, TerraSAR-X/TanDEM-X, Германия; типа OTV-1 X-37B, Lacross, USA-215 FIAradar-1,2,3, США; RADARSAT-2, Канада; COSMOSkyMed-1,2,3,4, Италия; Yaogan-13, Китай; RISAT-2, Индия; IGSRadar-3, IGS-7А, Япония и др.

Типовыми характеристиками иностранных средств радиолокационной разведки являются:

  • - диапазон рабочих частот: L, C и X;
  • - вид зондирующего сигнала: ЛЧМ импульсный или непрерывный;
  • - потенциальное линейное разрешение на местности: 0,3…1,2 м;
  • - режимы работы: обзорный, телескопический, поляриметрический, интерферометрический, селекция движущихся целей и когерентное выявление изменений на РЛИ.

Радары с синтезированием апертуры антенны (РСА), обладают рядом преимуществ по сравнению с оптико-электронными средствами разведки:

  1. получение информации круглосуточно, независимо от погодных условий, времени суток и естественной освещенности, наличия дыма и пыли (от 48% до 73% времени круглогодично невозможно наблюдение целей оптическими приборами по метеоусловиям).
  2. обеспечение зоны обзора земной (водной) поверхности на больших удалениях и в широкой зоне наблюдения (более скрытное применение РСА, т.к. оптические приборы требуют пролета непосредственно над объектом съемки);
  3. сохранение разрешения РСА на местности практически независимо от высоты полета БЛА (у оптических приборов наблюдения при увеличении высоты полета резко ухудшается разрешение, что значительно снижает возможности визуального наблюдения);
  4. обнаружение объектов, замаскированных в оптическом диапазоне.

В настоящее время следует считать РСА, формирующие радиолокационные изображения (РЛИ) земной (водной) поверхности, неотъемлемой частью комплекса оборудования летательных и космических аппаратов (ЛА и КА), способной обеспечивать эффективное решение разнообразных задач в любых условиях, на больших удалениях и с высокой информативностью. При этом значительно повышается актуальность оценки возможностей средств видовой радиолокационной разведки (РЛР) воздушного и космического базирования (ВиКБ) противника в интересах расчета показателей заметности различных объектов.

Возникает насущная необходимость реализации контроля защищенности своих ОВиВТ на радиолокационных изображениях, аналогичных радиолокационным изображениям, сформированным в реальных условиях наблюдения средствами видовой радиолокационной разведки РЛР ВиКБ.

Исходя из вышеизложенного, целью статьи является кардинальное повышение эффективности оценки возможностей средств видовой РЛР ВиКБ по обнаружению и распознаванию ОВиВТ при различных реальных фоновых отражениях, средств и способов снижения заметности и условиях наблюдения посредством мобильного комплекса контроля защищенности объектов от РСА.

Разрабатываемый комплекс, прежде всего, был направлен на решение задач по оценке возможностей средств разведки по обнаружению и распознаванию ВиВТ на радиолокационных изображениях, аналогичных РЛИ, сформированным в реальных условиях наблюдения РСА ВиКБ. Кроме этого, разработанный мобильный комплекс обеспечит высокую точность оценки эффективности активных, пассивных и комбинированных способов и средств маскировки ОВиВТ.

*

Необходимость контроля возможностей обнаружения противником ОВиВТ с пониженной радиолокационной заметностью, укрытых маскировочными средствами, под снегом и кронами деревьев и т.п. требует применения низкочастотного диапазона длин волн, например, дециметрового (1215…1400МГц). Однако в этом случае неизбежно возрастают габариты антенн и их невозможно разместить в малоразмерном беспилотном летательном аппарате (БЛА) (с массой менее 50 кг, полезная нагрузка до 7…8 кг), которые имеют наиболее простое применение: взлет (посадка) с необорудованных позиций, транспортировка легковым автотранспортом и расчет не более двух человек.

Перечень задач, планируемых для решения разрабатываемым мобильным комплексом:

- наблюдение ОВиВТ в любых погодных условиях с требуемой детальностью (0,3 … 10 м) и в широкой зоне;

- формирование изображений ОВиВТ без ограничений на их габариты и место расположения (дислокации), находящихся на земной (водной) поверхности с разрешением, адекватным разрешающей способности РЛС ВиКБ, в том числе, и при телескопическом обзоре пространства;

- отображение результатов контроля заметности ОВиВТ в интересах создания баз данных сигнатур объектов в различных диапазонах длин волн;

- оценка возможностей технических разведок в интересах определения характеристик и параметров заметности ОВиВТ для выработки предложений по снижению заметности контролируемых объектов в реальных условиях функционирования и применения;

- документирование, обработка и статистический анализ результатов контроля, в интересах обоснования комплексного показателя видовой заметности ОВиВТ.

Обобщенная схема формирования РЛИ представлена на рис. 1.

В ходе научно-технической разработки потребовалось создать:

- бортовую трехдиапазонную РСА, имеющая малые массогабаритные характеристики (масса не более 5 … 7 кг, объем не более 1,5 … 1,7 дм3);

- аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий компенсацию траекторных нестабильностей БЛА малого класса и позволяющий автоматизировано обрабатывать записи сигналов РСА для достижения требуемого качества РЛИ объектов ВиВТ;

- комплекс программ, обеспечивающих формирование видовых (в первую очередь, радиолокационных) изображений объектов ВиВТ во всем диапазоне детальности (диапазон разрешающих способностей 0,3 … 10 м);

- бортовая аппаратура цифровой обработки сигналов с высокой вычислительной производительностью, обеспечивающая режим получения и передачи РЛИ объектов ВВТ и ВО и их изображений в реальном масштабе времени.

Состав комплекса



Поскольку РСА должна работать при малом энергопотреблении и иметь малые массогабаритные характеристики, которые будут осуществимы на БЛА, предложен вариант реализации РСА с непрерывным зондирующим ЛЧМ сигналом.

Данные, приведенные в [1-3] показывают целесообразность выбора следующих диапазонов рабочих частот (ширины спектра) зондирующих сигналов:

  • - в диапазоне L - 1215÷1400 МГц (185МГц);
  • - в диапазоне C - 5250÷5725 МГц (475МГц);
  • - в диапазоне X - 9500÷10000 МГц (500МГц).

Также к опытному образцу мобильного комплекса контроля предъявлялись требования, указанные в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика

Значение

Поляризация зондирующего сигнала (сменные комплекты антенн)

Горизонтальная и вертикальная

Потенциальное линейное разрешение на РЛИ (по азимуту и по дальности) в диапазоне частот L (C и X)


не хуже 1,2, м (0,3 … 0,5 м)

Ширина полосы захвата

500…2000 м

Обзор пространства

Боковой (полосовой)

Режимы работы МРЛС

  • Телескопический

  • Некогерентное выявление изменений

Размер кадра РЛИ в диапазоне L (C и Х)

не менее 1 на 1 км (0,5 на 0,5 км)

Максимальное время непрерывной записи в запоминающее устройство

не менее 90 мин

Массогабаритные характеристики аппаратуры каждой литеры

масса 5 кг; объем – не более 0,03 м3

Потребляемая мощность бортовой аппаратуры каждой литеры

не более 400 Вт

ОАО НТЦ РЭБ" совместно с ЗАО «НИИ СТТ» (г. Смоленск) и ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А, Гагарина» разработали и испытали опытный образец малогабаритной РСА дециметрового и сантиметрового диапазона длин волн, размещаемой на БЛА «Мерлин-21Б» (производитель ЗАО «НИИ СТТ» (г. Смоленск) и обеспечивающий получение радиолокационных изображений земной поверхности с потенциальным разрешением от 0,3 до 1м.

Первым этапом процесса оценки возможностей средств видовой РЛР ВиКБ по обнаружению и распознаванию ОВиВТ при различных реальных фоновых отражениях, средств и способов снижения заметности и условиях наблюдения является формирование набора эталонных РЛИ, что предполагает проведение серии съемок ОВиВТ с различных угловых направлений, как по азимуту φ, так и по углу места.

В пределах картографируемой сцены (рис. 2) целесообразно размещать сразу несколько ОВиВТ различных типов с целью уменьшения общего количества облетов и обеспечения возможности сравнительной оценки их отражающих характеристик.

С целью уменьшения влияния фоновых отражений на вид эталонных РЛИ объекты целесообразно размещать на гладкой горизонтальной поверхности (асфальтированная или бетонированная площадка). Исходя из особенностей конструкции и характера применения РСА БЛА «Мерлин-21Б» диапазон углов съемки при формировании эталонного набора целесообразно определить, как:

по азимуту – 0…360 град с шагом φ=10…45 град;

по углу места (визирования) – 15; 30; 45 град.

В зависимости от требований к объему формируемого эталонного набора (шага φ) количество циклов съемки может быть увеличено до значения N=360/φ.

Исходя из характеристик направленности антенных систем РСА БЛА «Мерлин-21Б» рекомендуемое количество циклов съемки для каждого угла места (визирования) ε составляет не менее 8. (Рис.3)



Рис.3

Значения горизонтальной дальности до центра картографируемой сцены (R, Рис.3) и высоты полета носителя H целесообразно определять путем решения системы уравнений


где ε – требуемый угол визирования сцены (обычно 15; 30; 45 град); D = 900…1100 м.

Расположение объектов должно быть таким, чтобы исключить возможность их взаимного полного или частичного затенения во всем диапазоне условий съемки. Расстояния между объектами r, при которых гарантированно исключается возможность их взаимного затенения, определяются из условия:


где – высота i-го объекта, – количество объектов в пределах сцены.

Широкая диаграмма направленности антенны РСА L диапазона и съем эталонных РЛИ ОВиВТ по описанной выше методике обеспечивают возможность получения ряда РЛИ (рис. 3) по (цифровым записям эхо-сигналов, смещенных друг относительно друга на малые интервалы времени (вплоть до одного периода следования зондирующих импульсов). Ракурс наблюдения ОВиВТ на ряде таких РЛИ определяется шириной ДНА РСА и составляет в данном случае 40 град. Следовательно, последовательный визуальный анализ ряда РЛИ обеспечит возможность наблюдения изменений радиолокационных характеристик ОВиВТ в динамике полета носителя. Полученный путем преобразования ряда РЛИ, сформированных с периодом 0,05 секунды, видеоролик, содержащий незаметные для глаза оператора изменения радиолокационных характеристик ОВиВТ предложено назвать динамическими радиолокационными характеристиками объектов. Существующие РСА в режиме бокового обзора не позволяют формировать подобные динамические радиолокационные характеристики объектов.

Радиолокационные изображения (негатив) сформированные в различный период времени (t) в секундах от начала записи с борта БЛА, полученные с использованием вышеописанной малогабаритной РСА, представлены на Рис. 4. Изображения формируются в различные периоды времени полёта БЛА над местностью c шагом 0,05 секунды. Сформировано шестьдесят изображений за три секунды полета БЛА «Мерлин-21Б». Из полученных изображений была составлена видеозапись, наглядно показывающая изменение радиолокационных характеристик трех вертолетов на стоянке (Рис. 4).


Рис.4


Таким образом, мобильный комплекс контроля защищенности ОВиВТ от РСА ВиКБ кроме вышеперечисленных задач, обеспечивает формирование динамических радиолокационных характеристик объектов и позволяет повысить эффективность оценки возможностей средств видовой РЛР ВиКБ по обнаружению и распознаванию объектов ВиВТ при различных реальных фоновых отражениях, средств и способов снижения заметности.