Содержание:

Три года назад я делал материал «Немного о радиопомехах», в котором объяснял несколько классических способов электронного противодействия радарам. Но затем логично встал вопрос: а как радары преодолевают радиопомехи?

В этой статье я бы хотел поговорить о некоторых «классических» способах противодействия радиопомехам, использовавшимся еще в годы Холодной Войны. По-английски, эти методы называются ECCM (англ. Electronic Counter-Counter Measures), т.е. дословно противодействие мерам противодействия.

Для того, чтобы лучше понимать, о чем речь, кратко напомню методы сканирования — то есть поиска и сопровождения цели — использовавшиеся РЛС в 1950-1960-ых:

* Сканирование переключением лепестков — метод, распространенный на заре радиолокации, в 1940-ых, но в дальнейшем практически вышедший из употребления. Основывается он на использовании двух антенн, чуть смещенных относительно друг друга так, чтобы формировать два расходящихся луча, пересекающихся лишь в узкой центральной зоне. Радар переключается между антеннами с помощью простого механического переключателя: то одна антенна излучает сигнал и принимает «эхо», то другая. Сравнивая сигнал между антеннами, радар определяет положение цели (с какой антенны сигнал сильнее, та антенна и смотрит в сторону цели). Такой метод довольно неточен, частота сканирования низкая и осуществляется сканирование «скачками», затрудняя сопровождение цели.

* Коническое сканирование — самый популярный метод 1950-ых. Заключается он в том, что сканирование цели осуществляется вращающимся лучом, слегка отклоненным от центральной оси антенны. В зависимости от конкретной конструкции антенны, вращается либо параболический отражатель при неподвижном облучателе, либо наоборот — вращается облучатель, а отражатель неподвижен. В результате вращающийся луч выписывает в пространстве подобие конуса. Если цель находится строго на оси вращения луча, то «эхо» от нее стабильное и постоянное. Если же цель смещается, то в тот момент, когда вращающийся луч падает на цель — «эхо» усиливается, а когда уходит от цели — резко ослабевает. По положению антенны в момент прихода самого сильного «эха» автоматика определяет положение на цель.

* Моноимпульсное сканирование — этот метод появился только в 1960-ых. В некоторой степени он похож на метод переключения лепестков: для определения положения цели используются несколько смещенных приемников. Но при моноимпульсном сканировании, эти приемники работают все одновременно. Каждый из них соединен с собственным приемно-усилительным трактом, так что сигналы на всех приемниках обрабатываются параллельно и сравниваются между собой. Таким образом, одного-единственного импульса достаточно, чтобы определить положение цели (отсюда и название — «моноимпульсный»).

Теперь приступим, наконец, к методам противо-противодействия)

МАСКИРУЮЩИЕ ПОМЕХИ

Самым древним типом радиопомех — появившимся задолго до радиолокации — стали маскирующие помехи. Принцип их действия прост; забиваем диапазон неприятельской радиосвязи непрерывным немодулированным сигналом так, чтобы неприятель попросту не мог «расслышать» свои сигналы на фоне искусственного «шума». С радарами (поначалу) это действовало особенно хорошо, поскольку заглушить требовалось не мощный исходный сигнал, а куда более слабое «эхо» — поди выдели его на фоне общего шума!

Как же радарные головки самонаведения боролись с таким противодействием? Первый и очевидный способ — включать ГСН не сразу после старта, а только приблизившись к расчетному положению цели. Пока головка самонаведения «молчит», неприятельские глушилки не могут точно определить рабочий диапазон ее радара. Им приходится выставлять широкополосную заградительную помеху, пытаясь перекрыть широкий диапазон частот. Но при этом энергия глушилки распределяется по этому самому широкому диапазону так, что на каждой конкретной частоте помеха получается довольно слабой! И включившийся вблизи цели радар ГСН может просто-напросто ее «прожечь», посылая импульсы настолько мощные, что их «эхо» будет отчетливо выделяться над помехой.

Пока станции РЭБ настраивались в основном вручную, такого метода вполне хватало. Но затем появились автоматические станции РЭБ, способные быстро считать рабочий диапазон радара, и выставить прицельную помеху конкретно в нем. В идеале — вообще на рабочей частоте неприятельского радара, перекрывая конкретно нее всей мощностью глушилки. И тут уже «прожечь» помеху оказывалось не так-то просто. Отраженным от цели импульсам просто не хватает мощности.

Но… в самой проблеме прицельной шумовой помехи скрывалось и решение. Если неприятельская станция РЭБ ставит непрерывную помеху точно на рабочей частоте нашего радара — то что нам мешает просто отключить передатчик, и начать наводиться на источник самой помехи? Такой режим называется «наведением на помеху» (англ. home-on-jam), и реализуется предельно просто. Ведь неприятельская РЭБ, пытаясь забить рабочую частоту нашего радара, сама посылает сигнал как раз на этой самой частоте. И можно просто наводиться на сам этот сигнал.

Конечно, при таком пассивном наведении нам недоступно определение дальности до цели (мы ведь не знаем, каково время прохождения импульсов глушилки). Но есть ряд методик наведения, в которых точно знать расстояние до цели и не требуется — например, наведение при параллельном сближении. Именно поэтому шумовые помехи и не стали универсальным решением…

УВОДЯЩИЕ ПОМЕХИ

Одной из самых распространенных (и самых старых) типов помех, является уводящая помеха по дальности. Принцип ее до смешного прост. Станция радиоэлектронной борьбы, находящаяся на цели, принимает и считывает сигнал радара. После чего воспроизводит такой же сигнал — но с небольшой задержкой. В результате, радар видит перед собой не одно «эхо», а два, одно ближе, другое дальше. Какое из них настоящее, автоматика понять не может. И вполне может «схватить» дальнее (фальшивое), заставив ракету перелететь цель. Особенно если фальшивое «эхо» сильнее настоящего.

Как бороться с таким обманом? Простейший способ, конечно, это научить радар воспринимать как настоящий ближайший сигнал — который с минимальной задержкой — а остальные игнорировать. Такой способ называется «сопровождение по передней кромке». Если станция РЭБ просто отвечает сигналом на сигнал, такой способ прекрасно работает, потому как в этом случае все ложные сигнатуры будут позади настоящей.

Но что, если станция РЭБ не просто отвечает на сигнал радара, а передает ложные сигналы непрерывно, подстраиваясь под частоту импульсов радара? В этом случае некоторые ложные сигналы будут приходить раньше настоящих (потому что их передали раньше, чем настоящий импульс отразился от цели). И в этом случае ложные сигнатуры появятся не только позади, но и впереди цели. Сопровождение по передней кромке тут не поможет, даже хуже — ракета может подумать, что цель прямо перед ней и тупо спикировать в воду.

Чтобы справиться с проблемой, нам нужно научить радар отличать настоящие сигналы от ложных. То есть кодировать сигналы радара.

Самый простой пример — каждый сигнал представляет собой не один импульс, а несколько (пачку импульсов) разделенных временным промежутком. Автоматика радара точно знает, что от первого (открывающего) и до последнего (закрывающего) импульса в каждой пачке должно пройти, допустим, ровно 10 микросекунд. Простейший логический контур — открывающийся с приходом первого импульса и закрывающийся с приходом последнего — позволяет сопоставить приходящие сигналы с заданными, и вычленить только те, которые соответствуют установленной продолжительности. Все остальные сигналы будут автоматически отсекаться.

Такое решение позволяет радара отстроиться от простых несинхронных помех — когда неприятельская глушилка, «поймав» сигнал радара, просто тупо его повторяет, рассчитывая что автоматика радара будет воспринимать все импульсы как настоящие. Но к 1960-ым системы постановки помех поумнели, и научились не просто повторять импульсы, а определять и тщательно воспроизводить структуру пачки. Против таких систем простой промежуток между сигналами в пачке уже не срабатывал; глушилка воспроизвела бы в точности принятую пачку, добавив небольшую задержку. Результат — радар принимает идентичный отправленному сигнал, но со смещением относительно реального положения цели.

Что же, собьем немного спесь с систем РЭБ и в этом случае. Решением проблемы будет вобуляция (псевдослучайное изменение) промежутков между сигналами в пачке. Например, наш радар умеет излучать пачки с промежутками 8, 10 и 12 микросекунд между открывающим и закрывающим импульсом. И умеет быстро между ними переключаться. Неприятельская станция РЭБ только начала настраиваться на пачки импульсов с промежутком в 10 микросекунд — а радар уже переключился на пачки с промежутком в 12 микросекунд. Станция РЭБ вынуждена начинать настраиваться сначала, и это не мгновенный процесс. Особенно для аналоговой ламповой электроники 1950-ых, требовавшей принять множество последовательных сигналов для точного их воспроизведения.

Ситуация снова изменилась в 1970-ых — когда появилась быстродействующая цифровая электроника, способная очень быстро проанализировать и воспроизвести поступающие сигналы. Но и радары тоже воспользовались преимуществами цифровой электроники для применения все более изощренных методов кодирования и все более быстрого переключения между ними. Такая «борьба меча и щита» ведется, по сути, до сих пор.

УГЛОВЫЕ ПОМЕХИ

Весьма распространенным в 1950-ых — 1960-ых методом радиоэлектронного противодействия была постановка так называемых «угловых помех» (также известная как «раскачка антенны»).

Для того, чтобы понять, как работает этот способ, напомню общий принцип работы конического сканирования. Антенна сканирует пространство вращающимся лучом, чуть отклоненным в сторону от оси вращения самой антенны. Когда вращающийся луч задевает цель, в амплитуде принимаемого антенной «эха» происходит резкий скачок. По положению луча в момент скачка амплитуды, автоматика понимает, в каком направлении цель относительно оси вращения антенны.

Идея угловой помехи заключалась в том, чтобы посылать ложные сигналы в противофазе к настоящим. Поскольку сканирующий луч радара вращался в строго заданном ритме, станции РЭБ не составляло особого труда — даже на электронике 1950-ых! — определить параметры вращения луча и колебания амплитуды отраженного сигнала.

После чего станция РЭБ начинала передавать ложный сигнал точно в противофазе к настоящему. Когда луч радара смотрел точно на цель, помеха ослабевала; когда же луч отворачивался от цели, помеха усиливалась «пробивая» приемное устройство по боковым лепесткам диаграммы направленности. Для автоматики радара это означало, что скачок амплитуды принимаемого сигнала теперь происходил в тот момент, когда антенна смотрела в противоположном направлении от цели! Автоматика, вполне естественно, начинала поворачивать антенну в сторону максимальной амплитуды сигнала, и — срывала сопровождение цели, а то и вообще посылала ракету не в ту сторону.

«Противоядием» для угловых помех стала методика, известная как COSRO (англ. Conical Scan On Receive Only — Коническое Сканирование Только На Прием). Суть этой методики заключалась в том, чтобы выполнять сканирование не вращением передатчика луча, а наоборот, вращением приемника при неподвижном луче.

Реализовывалось COSRO следующим образом. Передача и прием сигнала в этой методике осуществлялись двумя разными частями антенны. Неподвижный передатчик, стоящий в фокусе параболического отражателя, формировал направленный вперед неподвижный же луч — достаточно широкий, чтобы охватывать область сканирования. Само же сканирование выполнялось вращающимся приемником, расположенным с небольшим смещением относительно оси луча. То есть теперь не луч вращался относительно неподвижного приемника, а приемник совершал обороты в неподвижном луче.

Такое разделение функций полностью решает проблему угловых помех. Луч передатчика неподвижен; он не содержит в себе никакой информации о том, как выполняется сканирование. Вращающийся же элемент является исключительно пассивным приемником, и его работа совершенно невидима для неприятельских сенсоров. Они понятия не имеют, когда приемник сканирует цель, а когда нет — и не могут поставить эффективной помехи на этом основании.

Другим способом противодействия угловым помехам была установка по бокам от основной антенны радара небольших дополнительных — диаграмма направленности которых совпадала с боковыми лепестками основной антенны. Эти антенны «слушали» сигналы, приходящие по боковым лепесткам (вроде сигналов угловой помехи). Если основная антенна «слышала» сигнал, а боковая нет — значит, все в порядке. А вот если обе антенны ловят сигнал — значит, кто-то пытается обмануть основную антенну.

В дальнейшем, с появлением моноимпульсных радаров — которые вообще не использовали циклов сканирования, вместо этого определяя положение цели сопоставлением «эха» на нескольких приемниках параллельно — концепция угловых помех в основном вышла из употребления.

ДИПОЛЬНЫЕ ОТРАЖАТЕЛИ

Дипольный отражатель представляет собой полоски фольги или металлизированной бумаги, нарезанные так, чтобы длина их была равна половине длины волны неприятельского радара (если нужно перекрыть сразу несколько диапазонов, полоски разной длины смешиваются). Выброшенные в воздух, отражатели рассеиваются и образуют облако, очень хорошо отражающее радарные импульсы — и создающее на экране радара большую яркую сигнатуру. Можно набросать диполей в стороне от себя, создавая ложную цель. Можно поставить завесу из диполей между тобой и ракетой, чтобы радарная сигнатура корабля тонула в ярком излучении диполей. А можно выпустить дипольное облако в непосредственной близости, чтобы неприятельский радар принял корабль и облако за одну большую цель, и начал наводить ракету куда-то в центр общей «растянутой» сигнатуры (промахиваясь при этом мимо корабля)

Иронично, но в итоге именно дипольные отражатели стали одним из самых опасных (и трудно фильтруемых) средств радиоэлектронной борьбы.

Для радиолокаторов 1950-ых, дипольные отражатели оказались чудовищной головной болью. Их сила скрывалась в их же простоте: диполи не пытались сложным способом воспроизводить или имитировать сигналы. Они просто отражали приходящее излучение радара, создавая дополнительную, яркую ложную сигнатуру рядом с настоящей. Различить которые автоматике было очень трудно. Против диполей не помогали тонкие приемы, позволяющие справиться с искусственными помехами. Бесполезно было менять частоты, кодировать сигналы, работать в пассивном режиме и так далее. Ведь облако диполей отражало те же самые импульсы радара, что и настоящая цель, никак их не модифицируя.

Самым простым способом фильтрации дипольных отражателей является скорость. Дипольные отражатели очень легкие; облако диполей практически мгновенно замедляется трением о воздух и повисает, медленно опускаясь вниз. Настоящая же цель — корабль — мгновенно не остановится. И если радар умеет отличать движущиеся цели от неподвижных, то он сможет просто игнорировать (почти) неподвижные диполи, и наводиться только на движущуюся цель.

Для радаров непрерывного излучения, способных определять скорость (радиальную, то есть скорость с которой сигнатура приближается или удаляется от радара) по Допплеровскому сдвигу отраженного излучения, фильтрация диполей не составляет особого труда. Неподвижное облако диполей будет иметь околонулевой Допплеровский сдвиг — то есть длина волны «эха» будет равна длине волны исходного излучения. Подвижный же корабль будет выдавать заметный Допплеровский сдвиг — то есть длина волны «эха» будет в ту или иную сторону отличаться от волны исходного излучения.

Закавыка в том, что РЛС непрерывного излучения много чего не умеют. Например, они в принципе не могут измерять расстояние до цели по задержке сигнала (сигнал идет непрерывно, и от чего отмерять задержку — неясно). Их мощность значительно слабее чем у импульсных — которые выдают на пике импульсы огромной мощности — что сказывается на эффективной дальности, и не позволяет надежно «прожигать» шумовые помехи. И поэтому подходят они далеко не для каждого случая.

Импульсные РЛС лишены многих из этих недостатков. Но вот определять напрямую скорость цели не умеют. Это приходилось делать косвенным методом — по фазовому сдвигу, вызываемому эффектом Допплера. Принцип основывался на том, что РЛС «запоминала» фазу излучаемого импульса, и сравнивала ее с фазой принятого «эха». Фаза «эха» от неподвижных объектов оставалась той же самой. А вот от движущихся объектов — смещалась.

Чтобы убрать неподвижные объекты из восприятия радара, применялся ряд методик, вроде метода вычитания сигналов. Принимаемый антенной сигнал распараллеливался на два; один подавался в сумматор напрямую, другой с задержкой ровно на один тактовый цикл. Если фазовый сдвиг в сигналах отсутствовал, то задержка приводила к тому, что они оказывались в противофазе и гасили друг друга. Если же фазовый сдвиг присутствовал, то задержка не помещала сигналы в противофазу. В результате «эхо» от неподвижных объектов гасилось, а от движущихся — нет.

Еще одним методом фильтрации диполей был анализ поляризации радарного «эха». Суть этого метода заключалась в том, что настоящая цель — неприятельский корабль — была достаточно геометрически правильной, и отражающиеся от нее радиоволны в целом сохраняли изначальную поляризацию (какой бы она ни была). В то же время, облако хаотично парящих в воздухе диполей отражало радиоволны столь же хаотично, не сохраняя поляризации.

Например, если импульсы радара имели вертикальную поляризацию, то «эхо» импульсов, отраженное от корабля, также имело бы отчетливо выделяемую вертикальную компоненту. «Эхо» же от облака диполей было бы равномерно деполяризовано, без отчетливого преобладания вертикально поляризованной компоненты.

С появлением программируемых цифровых процессоров, возможности фильтрации диполей резко возросли. Радары стали обращать внимание не только на параметры сигнала, но и на пространственно-геометрическое положение сигнатуры. Например, если сигнатура быстро увеличивалась на протяжении нескольких циклов сканирования — или резко меняла свое положение в пространстве — то это с высокой степенью вероятности означало, что она ложная.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Описываемые выше методы представляют собой набор «классических» решений, популярных в 1950-ых — 1960-ых годах, реализуемых на аналоговой технологии. С появлением цифровой электроники, арсенал как ECM так и ECCM, разумеется, значительно расширился. Современные средства РЭБ могут создавать очень сложные имитационные помехи, имитирующие не просто «эхо» от цели, но точно воспроизводящие сигнатуру цели по размеру, геометрии и характерным особенностям. В свою очередь, современные РЛС очень быстро перестраивают рабочие частоты, анализируют сигнатуры по множеству параметров, используют вспомогательные антенны, чтобы «смотреть на цель с нескольких точек» (тем самым выявляя помехи, созданные чтобы задурить основную антенну)

Множество вспомогательных антенн вокруг основной антенны РЛС AN/MPQ-53 PATRIOT, служащих в том числе и для ECCM

И все же я надеюсь, этот материал был полезен и интересен)

источник: https://fonzeppelin.livejournal.com/436082.html