Защита импульсно-доплеровских РЛС от КИМ-помех самоприкрытия

Что убивает точность сопровождения: комбинированные КИМ-помехи

Современные импульсно-доплеровские радиолокационные станции (РЛС) сопровождения воздушных целей работают в условиях всё более агрессивного радиоэлектронного противодействия. Для самолётов-носителей стандартом становятся комплексы индивидуальной защиты, которые не просто создают высокоинтенсивный шум, а формируют структурно сложные комбинированные помехи, адаптированные к параметрам конкретной РЛС.

Одним из наиболее опасных вариантов является комбинированная имитирующая и маскирующая помеха (КИМ-помеха) самоприкрытия. Она представляет собой комбинацию уводящих помех по дальности и скорости и протяжённой по дальности коррелированной ответной шумовой помехи. Для импульсно-доплеровских РЛС с моноимпульсным пеленгатором такая обстановка критична: станция теряет устойчивость сопровождения по дальности, радиальной скорости и угловым координатам цели.

Как устроена КИМ-помеха самоприкрытия

Уводящая помеха по дальности и скорости

Уводящая помеха формируется на борту самолёта-носителя комплекса радиоэлектронного подавления на основе принятых зондирующих импульсов РЛС. По структуре она максимально похожа на отражённый сигнал: сохраняются внутренняя модуляция, длительность и форма импульса, что делает её практически неотличимой от истинного эхо-сигнала на входе приёмника.

Ключевую роль играет энергетическое превосходство: мощность уводящей помехи выбирается на несколько децибел выше мощности реального отражённого сигнала. Это позволяет захватить контуры автосопровождения по дальности и (или) радиальной скорости и принудительно «переключить» станцию на сопровождение ложной отметки. При плавном изменении задержки и доплеровской частоты помехи РЛС продолжает сопровождать уже не самолёт-носитель, а его радиолокационный фантом.

Протяжённая по дальности коррелированная шумовая помеха

Вторая составляющая КИМ-помехи самоприкрытия — протяжённая по дальности коррелированная ответная шумовая помеха. Она излучается в ответ на каждый зондирующий импульс и формируется как прерывистый коррелированный шум в полосе нескольких килогерц вокруг доплеровской частоты сопровождаемой цели или уводящей помехи.

Такая шумовая помеха имеет радиальную протяжённость и занимает сразу несколько элементов по дальности, а также «размазывается» по ряду доплеровских фильтров в тракте импульсно-доплеровской обработки. В двумерной матрице «дальность–скорость» она проявляется как шумовая область, внутри которой теряется отражённый сигнал от цели. Маскирование по дальности и частоте дополняет увод по дальности и скорости, усложняя одновременное точное измерение координат в режиме сопровождения.

Почему страдает моноимпульсный пеленгатор

Моноимпульсный пеленгатор в составе РЛС опирается на суммарно-разностную обработку сигналов с нескольких приёмных каналов и оценивает угловые координаты цели по отношению разностной и суммарной компонент. В штатном режиме источником информации служит отражённый сигнал от цели, а при воздействии имитационных помех — уводящая помеха, если она перехватила контур сопровождения.

Комбинированная КИМ-помеха формирует сразу два негативных фактора. Во-первых, уводящая помеха подменяет цель по дальности и доплеровской скорости, заставляя РЛС сопровождать ложный объект. Во-вторых, протяжённая шумовая помеха создаёт широкую по дальности и частоте область с высоким уровнем помехи, что приводит к росту флуктуационных ошибок измерения угловых координат и деградации дискриминационной характеристики моноимпульсного дискриминатора.

Особенно опасной оказывается ситуация самоприкрытия: самолёт-носитель помех всегда находится внутри главного лепестка диаграммы направленности антенны РЛС. Станция вынуждена измерять его параметры на фоне созданного им же коррелированного шумового «облака», что резко снижает устойчивость и точность сопровождения.

Первый шаг решения: обнаружить и «обвести» шумовую помеху

Матрица «дальность–скорость» и задача оценивания

Современные импульсно-доплеровские РЛС после внутрипериодной обработки формируют матрицу достаточных статистик в координатах «номер доплеровского фильтра – номер элемента дальности». В этой двумерной матрице одновременно присутствуют отражённый сигнал от цели, уводящая помеха, протяжённая шумовая помеха и внутренние шумы приёмника.

Задача алгоритмов обработки в такой обстановке заключается в том, чтобы по матрице «дальность–скорость» обнаружить факт наличия протяжённой по дальности коррелированной шумовой помехи и оценить её параметры. К ним относятся начальный элемент по дальности, протяжённость по дальности, диапазон доплеровских частот, в котором сосредоточена помеха, и эквивалентная ширина её спектра.

Оценка параметров шумовой помехи и формирование строба

Для выделения области, занятой протяжённой шумовой помехой, применяются методы двумерной обработки с использованием скользящих сумм и свёрток с прямоугольными эталонами различной длины по дальности и частоте. Полученные свёртки сравнивают с адаптивными порогами, рассчитанными по заданной вероятности ложной тревоги, что позволяет обнаружить структуру, характерную для протяжённой коррелированной помехи.

По результатам обработки формируются оценки начального элемента шумовой области по дальности, её протяжённости, а также диапазона доплеровских каналов, в которых уровень помехи превышает фон. Эти оценки задают строб — ограниченную область в матрице «дальность–скорость», где влияние шумовой составляющей КИМ-помехи максимально. В пределах этого строба, помимо самой шумовой помехи, неизбежно присутствуют уводящая помеха и отражённый сигнал от цели, поскольку постановщик помех синхронизирован с сигналами РЛС.

Математическое моделирование показывает, что для надёжной оценки параметров протяжённой шумовой помехи требуется определённый запас по отношению её мощности к мощности внутренних шумов. При недостаточном отношении сигнал/шум неопределённость в оценках радиальной протяжённости и полосы частот возрастает, что ухудшает качество дальнейшего стробирования и пеленгации.

Второй шаг: использовать помеху как источник информации

Многоканальный моноимпульсный дискриминатор по КИМ-помехе

Ключевая идея современных методов помехозащиты импульсно-доплеровских РЛС заключается в том, чтобы не только подавлять КИМ-помеху, но и использовать её как источник пеленговой информации о самолёте-постановщике. Для этого классический моноимпульсный пеленгатор расширяется до многоканальной схемы, работающей по всей матрице «дальность–скорость» в пределах заранее выделенного строба шумовой помехи.

После когерентной обработки суммарного и разностного каналов формируются комплексные амплитуды для каждого элемента матрицы «дальность–скорость». В каждом таком элементе можно вычислить локальную угловую невязку, аналогичную выходу стандартного моноимпульсного дискриминатора, но привязанную к конкретной паре «дальность – доплеровская частота».

Весовое усреднение по энергии помехи

Чтобы получить итоговый сигнал ошибки для контура наведения антенны, локальные угловые невязки усредняют по всем элементам матрицы, попавшим в строб КИМ-помехи. В качестве весов используют квадраты модулей суммарных сигналов, то есть более мощные элементы шумовой помехи вносят больший вклад в итоговую оценку угловой координаты постановщика.

Весовое усреднение по стробу позволяет существенно снизить флуктуационную составляющую ошибки измерения угловых координат по сравнению с режимом, когда пеленгация ведётся только по уводящей помехе или только по отражённому сигналу цели. Итоговый сигнал ошибки подаётся на систему наведения антенны вместо штатного дискриминатора по цели, как только алгоритм обнаружения фиксирует наличие КИМ-помехи и формирует управляющий признак переключения.

Эффект: более точное пеленгование постановщика помех

Численные исследования показывают, что использование многоканального моноимпульсного дискриминатора по КИМ-помехе заметно сокращает ошибку измерения угловых координат самолёта-постановщика. Для типичных значений ширины спектра ответной шумовой помехи и достаточного превышения её мощности над шумом достигаются среднеквадратические ошибки, существенно меньшие, чем при работе только по уводящей помехе или по отражённому сигналу.

Фактически реализуется выигрыш более чем в два с половиной раза по флуктуационной составляющей ошибки пеленгации при сопоставимой крутизне дискриминационной характеристики. Для практики это означает, что РЛС сопровождения получает возможность устойчиво удерживать на сопровождении самолёт-носитель даже в условиях интенсивной КИМ-помехи самоприкрытия, что критично для систем ПВО, ПРО и авиационных комплексов с активным наведением.

Что это значит для развития РЛС и средств РЭБ

Комбинация уводящих по дальности и скорости помех с протяжённой коррелированной шумовой помехой задаёт новую планку требований к алгоритмам обработки в импульсно-доплеровских РЛС. Станции уже недостаточно просто ограничиваться фильтрацией шумов и подавлением типовых маскирующих воздействий: требуется полноценный анализ структуры помех в двумерном пространстве «дальность–скорость» и динамическая адаптация схем пеленгации.

Перспективные радиолокационные комплексы должны уметь оценивать параметры сложных когерентных ответных помех, перестраивать режимы работы моноимпульсных пеленгаторов и использовать саму помеху как маркер положения постановщика. В результате баланс противоборства «РЛС против средств РЭБ» смещается: сложные КИМ-помехи самоприкрытия не исчезают, но перестают быть однозначным преимуществом самолёта-носителя и при грамотной обработке начинают работать и на станцию.