Способ радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей глобальных навигационных спутниковых систем

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке средств радиоэлектронного подавления (РЭП) приемных устройств навигационной аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в частности, размещаемых на кораблях, самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах в системах высокоточного оружия и т.д.

Известен способ радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей глобальных навигационных спутниковых систем, основанный на формировании поля помех пространственно-распределенными передатчиками помех [см., например, патент RU №2624247, С1, МПК G01S 7/18, опубл. 03.07.2017 г.].

Недостатком способа является низкая эффективность радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС, в которых применяются адаптивные цифровые антенные решетки (ЦАР). Применение ЦАР позволяет за счет адаптивного формирования «нулей» в диаграмме направленности антенн приемных устройств потребителей ГНСС обеспечить подавление помех от одиночных источников на 40 дБ и более [см., например, Слюсар В. Цифровые антенные решетки. Решения задач GPS. Электроника: Наука, Технология, Бизнес.2009, №1, с. 74-78]. Дело в том, что передатчики помех пространственно-распределенных систем имеют ограниченную дальность действия и радиоэлектронное подавление приемных устройств потребителей ГНСС в каждый период времени обеспечивается, как правило, одним из передатчиков системы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ РЭП приемных устройств мобильных потребителей ГНСС, основанный на создании преднамеренных радиопомех большой мощности приемным устройствам навигационной аппаратуры потребителей, размещенным на мобильных средствах, работающим по сигналам ГНСС, основанный на концентрации суммарной энергии разнесенных в пространстве нескольких передатчиков радиопомех небольшой мощности в заданной области пространства на заданном интервале времени. При этом создание преднамеренных радиопомех большой мощности обеспечивается путем координатно-временного обеспечения взаимодействия средств разведки и станций помех [см., например, патент RU №2563972, С1, МПК H04K 3/00, опубл. 27.09.2015 г.].

Недостатком способа является низкая эффективность радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС, в которых применяются многоэлементные адаптивные ЦАР. В таких антенных решетках максимальное число направлений, в которых обеспечивается формирование «нулей» в диаграмме направленности ЦАР, равно N-1, где N - число антенных элементов ЦАР. [см., например, Слюсар В. Цифровые антенные решетки. Решения задач GPS. Электроника: Наука, Технология, Бизнес.2009, №1, с. 74-78]. Известно также, что в 7 - элементных и 19 - элементных ЦАР удалось получить подавление помех, соответственно, трех и шести широкополосных станций на 50 дБ [см., например, Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко - Трендз, 2000, с. 145-149]. Кроме того, реализация известного способа требует сложного координатно-временного обеспечения для взаимодействия средств разведки и станций помех, что обусловливает наличие лишних звеньев управления на оперативном уровне при действии нескольких средств разведки и станций помех в одной зоне.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС путем облучения носителей, местных предметов и подстилающей поверхности помехой и создания за счет отражений и многолучевого распространения радиоволн многочисленных направлений прихода помехи на приемные устройства потребителей ГНСС. Это делает невозможным формирование «нулей» в диаграмме направленности ЦАР во всех необходимых для компенсации помех направлениях даже в антенных решетках с большим числом элементов и, соответственно, повышает эффективность радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей ГНСС.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе РЭП приемных устройств потребителей ГНСС, основанном на создании преднамеренных радиопомех в заданной области пространства на заданном интервале времени, согласно изобретению дополнительно создают и излучают помехи в направлении носителей, местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения приемных устройств потребителей ГНСС и обеспечивают за счет отражений и многолучевого распространения радиоволн многочисленные направления прихода помех на антенны приемных устройств потребителей ГНСС.

Указанный технический результат достигается тем, что поляризация дополнительно создаваемой помехи реализуется ортогональной (противоположного направления вращения) по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно создают и излучают помехи в направлении носителей, местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения приемных устройств потребителей ГНСС и обеспечивают за счет отражений и многолучевого распространения радиоволн многочисленные направления прихода помех на антенны приемных устройств потребителей ГНСС. Это делает невозможным формирование «нулей» в диаграмме направленности ЦАР во всех необходимых для компенсации помех направлениях, особенно в антенных решетках с малым числом элементов. Учитывая, что при отражении радиоволн с круговой поляризацией (в системе ГНСС используются сигналы с круговой поляризацией) направление вращения вектора поляризации изменяется на противоположное [см., например, Татаринов В.Н., Татаринов С.В, Лигтхарт Л.П. Введение в современную теорию поляризации радиолокационных сигналов (Том 1. Поляризация плоских электромагнитных волн и ее преобразования). - Томск: Изд. Томского университета, 2012, с. 273-276], поляризация дополнительно создаваемой помехи реализуется ортогональной (противоположного направления вращения) по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС. Этим обеспечивается согласованный по поляризации прием помех, отраженных от элементов носителя местных предметов и подстилающей поверхности, приемными устройствами потребителей ГНСС. Кроме того, при радиоэлектронном подавлении приемных устройств навигационной аппаратуры потребителей ГНСС по боковым лепесткам их диаграмм направленности антенн уровень помех на входе приемных устройств на кросс поляризации может быть выше, чем на рабочей поляризации [см., например, Перунов Ю.М, Фомичев К.И., Юдин Л.М., Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. - М.: «Радиотехника», 2003, с. 393-394]. Это является дополнительным положительным фактором создания помехи на поляризации ортогональной (кросс поляризации) по сравнению с поляризацией сигнала, используемой в системе ГНСС.

Таким образом достигается указанный в изобретении технический результат.

Способ может быть реализован, например, следующим образом.

Предварительно размещают в готовности к функционированию по назначению в каждом заданном позиционном районе (на поверхности земли, поверхности моря либо на летательном аппарате) по два передатчика помех, отличающихся поляризацией излучаемой помехи. Первый передатчик является аналогичным прототипу с поляризацией излучаемой помехи совпадающей с поляризацией сигнала, используемого в системе ГНСС, второй с ортогональной поляризацией (противоположного направления вращения). Техническая реализация антенных систем передатчиков может быть выполнена аналогично известным решениям [см., например, патент RU №2638902, С1, МПК Н01Р 1/161, опубл. 18.12.2017 г.]. Основная работа передатчиков организуется аналогично прототипу. При обнаружении носителей приемных устройств потребителей ГНСС антенна первого передатчика помех ориентируется в направлении носителя. Антенна второго передатчика помех ориентируется в направлении местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения носителя. При этом за счет многолучевого распространение радиоволн и отражений от носителей, местных предметов и подстилающей поверхности на антенную систему приемных устройств потребителей ГНСС обеспечивается приход помех с различных пространственных направлений. Это делает невозможным формирование «нулей» в диаграмме направленности ЦАР приемных устройств потребителей ГНСС во всех необходимых для компенсации помех направлениях даже в антенных решетках с большим числом элементов. Возможность технической реализации второго передатчика помех оценим по требованию к его энергетическому потенциалу. Мощность помех, отраженных от элементов носителей, местных предметов и подстилающей поверхности, на входе приемных устройств потребителей ГНСС должна превышать уровень сигналов, принимаемых со спутников (P_o=157-162 дБ Вт [см., например, Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко - Трендз, 2000, с. 30-31]) и уровень теплового шума на входе приемных устройств (Р_ш) равного [см., например, Справочник по радиолокаци. Под ред. М. Сколника. Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Я.С. Ицхоки. М. «Сов. Радио, 1976, с. 55]:

Р_ш=k Т В,

где:

k - постоянная Больцмана, k=1,38*10^-23, Дж/К;

Т - температура, K;

В - ширина полосы частот приемных устройств потребителей ГНСС, Гц.

Мощность помехи на входе приемных устройств определим в условиях распространения волн в свободном пространстве [см., например, Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Учебник для вузов. М., «Связь», 1972, с. 19-24]:

где:

P_пG_п - выходная мощность и коэффициент направленного действия антенны передатчика помех, соответственно;

R - дальность от передатчика помех до элементов носителей, местных предметов и подстилающей поверхности в районе нахождения приемных устройств потребителей ГНСС;

σ - эффективная поверхность рассеяния элементов носителей, местных предметов и подстилающей поверхности;

R_o - дальность от элементов носителей, местных предметов и подстилающей поверхности до приемных устройств потребителей ГНСС;

G - коэффициент направленного действия антенн приемных устройств потребителей ГНСС;

λ - длина волны несущего колебания радиосигнала ГНСС.

Расчеты показывают, что при Т=290K (17°С), В=2 МГц мощность теплового шума на входе приемных устройств равна Р_ш=-141 дБ Вт. Тогда для типовых значений R=25.…30 км, σ=1…10 м², R_o=100…500 м, G=1, λ=18; 24 см. условие Р_{п вх}≥Р_ш выполняется при P_пG_п ≥ 10³-10⁵ Вт. Техническая реализация таких передатчиков помех может быть выполнена одним из известных решений.

При перемещении носителей приемных устройств потребителей ГНСС по информации аппаратуры обнаружения и определения местоположения объектов РЭП уточняются ориентации антенн передатчиков помех. Таким образом обеспечивается непрерывность воздействия помех.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.