Аналитика и комментарии. Взгляд из США (judeomasson) wrote,
Аналитика и комментарии. Взгляд из США
judeomasson

Category:

Обзор военных технологий. Часть 3

Начнём со свежей новости - Министерство обороны Норвегии сообщило что российские военные пытались с помощью помех заглушить сигналы GPS во время учений НАТО в Норвегии.

В этом сообщении есть два важных момента:

  1. Попытка заглушить сигнал провалилась. Никакого ущерба причинить не удалось.
  2. Военным НАТО удалось выяснить точное расположение источника помех - Кольский полуостров.

Сразу возникает вопрос - как им удалось не только защитить сигнал GPS от помех, но и вычислить местоположение источника помех? Могу предположить что были использованы новые технологии. Во второй части я рассказал про систему кодирования, которая применяется чтобы защитить GPS, но есть и другие методы.

Наиболее известный это применение специальной антенны, которая называются "антенна с управляемой диаграммой направленности". На английском языке это называется "Controlled Reception Pattern Antenna (CRPA)". Идея на первый взгляд кажется достаточно простая.

Так как расположение спутников заранее известно, чтобы чтобы отфильтровать ложный сигнал, надо определить направление откуда он приходит. Если сигнал приходит со стороны где спутников нет, значит это ложный сигнал или помеха. Это делается с помощью CRPA.

Сама антенна состоит из нескольких сегментов, поэтому с какой бы стороны сигнал не пришёл, он проходит через несколько сегментов. Анализируя сигналы с каждого сегмента, можно вычислить с какого направления пришёл сигнал. Вот как это описывается на специализированном сайте. Цитирую:

В основе CRPA нет ничего волшебного или мистического: это просто стандартная теория из вашего любимого учебника по адаптивной обработке сигналов. Но, как и всегда, дьявол в деталях - как заставить их работать на практике более активно. И поскольку технология, как правило, находится под экспортным контролем, я оставлю важные подробные данные.

CRPA работают за счет использования пространственного разнообразия; то есть, используя тот факт, что требуемые сигналы спутника и нежелательные сигналы помех обычно поступают со всех сторон. Проще говоря, вы создаете пространственный фильтр, который удаляет сигналы, поступающие из определенных направлений, и пропускает сигналы из других направлений. Чтобы достичь этого, вместо использования одной антенны, мы используем массив антенных элементов.

Давайте рассмотрим простые и интуитивные понятия о том, как это работает. Взгляните на рисунок 3. Здесь у нас есть первичная антенна P и некоторые вспомогательные антенны A1, A2 и т. Д. Сигнал, поступающий с указанного направления, падает на антенну А2, а чуть позже он достигает А1, а затем все еще достигает П. Для аргументации, если сигнал является простой синусоидальной волной, вы обнаружите, что выход от каждой антенны - та же синусоидальная волна, но с другим фазовым сдвигом в зависимости от пространственного расположения антенн

Теперь давайте рассмотрим, что мы называем «весами», которые обозначены как w1, w2 и т. Д. Каждый из весов в этом случае представляет собой просто фазовый сдвиг, который мы можем определить. Путем тщательного выбора весов мы могли бы выбрать, чтобы каждый из выходов антенны был полностью выровнен по фазе, а затем, когда мы суммируем все выходы вместе, как показано, мы получаем большую версию входного сигнала.

Это то, чего мы хотели бы достичь, если бы сигнал был спутником. Мы «управляем» максимальным общим усилением антенны по отношению к этому спутнику. Обычно это означает, что мы имеем дело с «формированием луча». Это означает, что максимальный коэффициент усиления антенны должен быть направлен на спутник.

И наоборот, мы могли бы также выбрать вес, чтобы иметь противоположный эффект: минимизировать или полностью заблокировать сигнал. Это, конечно же, то, что мы хотели бы сделать, если сигнал был помехой и называется «обнуление» или «нулевое управление».

Вот этот рисунок 3, о котором говорится в тексте:

принцип работы CRPA антенны

Но в данной статье для простоты приводится пример с простой синусоидой. На самом деле сигнал GPS намного сложнее, поэтому для его обработки используются намного более сложные алгоритмы.

Ещё в мае прошлого года на сайте журнала "C4ISRNET", который специализируется на описании военных технологий, была опубликована статья под названием "Как армия хочет защитить GPS ракет от помех" (How the Army wants to protect missiles from GPS jammers).

Там говорится о том что для обработки сигналов GPS используется специальное программное обеспечение, основанное на алгоритме алгоритм под названием "Multiple Signal Classification (MUSIC)". Кроме этого используются специальные встроенные атомные часы (Chip-scale atomic clock).

В самом начале я написал что эти технологии на первый взгляд простые. Дело в том что разработки антенн и алгоритмов велись давно, но здесь очень многое зависит от быстродействие компьютерной системы, так как приходится решать сложные задачи в реальном масштабе времени. И здесь я опять возвращаюсь к теме, на которую я писал не раз, а именно - победителем в следующей войне будет тот, у кого будут более быстродействующие компьютерные системы. Но об этом немножко позже, а сейчас поговорим о другой возможной области применения помех и ложных сигналов. Это "ослепление" вражеских радаров.

Почему подробно описал методику защиты сигналов GPS? Для того чтобы показать что такой метод защиты от помех и определения местоположения источника помех годится только для защиты сигналов GPS или связи через спутник. Другими словами если известно направление к спутнику, сигналы с других направлений можно отфильтровать. Но таким методом невозможно защититься от помех или ложных отражённых сигналов радаров, которые ставят вражеские РЭБ, так как местоположение вражеских самолётов заранее неизвестно. И тут мы плавно переходим к С-300 и к С-400. Цитирую ту часть статьи в википедия про С-400, в которой говорится об интеграции со средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Сначала там говорится о подавлении сигналов GPS. Но об этом я писал выше, поэтому останавливаться на этом нет смысла. Дальше там идёт речь о противорадарных ракетах. Цитирую:

Системы КБ «Радар» предназначены для защиты РЛС от противорадарных ракет. При обнаружении пусков ракет по РЛС, сама РЛС отключается и включается находящийся поблизости от РЛС ложный передатчик с такими же характеристиками излучения как основная РЛС, что приводит захвату ГСН противорадарной ракеты «ложной цели».

Это всё может быть работает для старых ракет, но сейчас разработана новая модификация ракет, в котором используется наведение в диапазоне миллиметровых волн. Вот как это описывается на сайте "Military & Aerospace Electronics". Цитирую:

The AARGM features new software and enhanced capabilities to counter radar shutdown and passive radar using an additional active millimeter wave seeker. Previous versions of the missile could be spoofed by turning off radar before the weapon could lock on to their signals.

Перевод:

AARGM предлагает новое программное обеспечение и расширенные возможности для противодействия радарному отключению и пассивному радару с использованием дополнительного активной системы наведения в диапазоне миллиметровых волн. Предыдущие версии ракеты можно было обмануть, выключив радар, прежде чем оружие сможет зафиксировать свои сигналы.

Цитирую википедию дальше:

Некоторые средства РЭБ, работающие в интеграции с С-400, в целом эквивалентны по принципу действия системам РЭБ атакующих самолетов. Если атакующие самолеты пытаются с помощью контейнеров РЭБ аналогичных Сорбция-С поставить помехи радарам системы ПВО, то С-400 с помощью собственных радаров и интегрированного комплекса радиотехнической разведки Вега/Орион определяет также работу РЛС самолетов и ставит им помехи с помощью комплекса «Красуха-4».

Но чтобы подавить источник помех, надо сначала определить где находится этот источник, но это не так просто, так как помехи, в классическом понимании, то есть просто шумы в широком диапазоне частот, которые называются "заградительные помехи" (barrage jamming), это вчерашний день. Современные системы пытаются обмануть радары, то есть послать им, как в случае с GPS, ложный сигнал. Называется это "Digital radio frequency memory (DRFM)". Заключается это в том что система принимает сигнал вражеского радара, переводит его в цифровую форму, меняет нужные параметры, и отсылает обратно. В результате радар принимает искажённый сигнал, думает что это реальный самолёт, а на самом деле там координаты, скорость, и так далее, другие. Приведу конкретные расчёты на примере F-22 Raptor.

Максимальное расстояние, на котором радар может увидеть цель, можно рассчитать по этой формуле:

формула расчета дальности радара

Где:

  • Rmax - максимальная дальность радара
  • Pt - мощность передатчика радара
  • G - коэффициент усиления антенны
  • Ae - эффективная площадь антенны
  • Smin - минимальная мощность на входе радара

Но все эти параметры в данном случае не имеют значения, так как относятся только к радару. Единственный параметр, который характеризует самолёт, обозначается символом "σ". Называется он "radar cross-section (RCS)" или по русски "эффективная площадь рассеяния (ЭПР)". Эта величина численно характеризует свойство объекта отражать волны. Именно этот параметр разработчики самолетов стараются сделать как можно меньше, так как чем меньше ЭПР тем меньше расстояние на котором радар может обнаружить цель. Для этого применяются специальные материалы, особые формы корпуса и крыльев и т.д. В этом и заключается технология "стелс".

Теперь посмотрим характеристики радара С-400. Дальность при ЭПР равной 4 м2 дальность радара составляет 390 километров. Зная дальность радара при одной ЭПР, имея формулу зависимости дальности радара от ЭПР, при помощи очень несложных вычислений, можно найти дальность радара при любой другой ЭПР.  Для F-22 Raptor ЭПР равна 40 dBsm что соответствует 0.0001 м2. Это в 40 тысяч раз больше чем для расстояния 390 километров. Учитывая что в формуле расстояние пропорционально корню четвертой степени, чтобы найти расстояние, на котором радар С-400 обнаружит F-22, сначала надо найти корень четвертой степени из 40 тысяч. Он равен 14, а потом 390 надо разделить на 14. В результате получаем что максимальное расстояние, на котором радар С-400 может обнаружить F-22, немножко больше 27 километров.

Допустим самолет летит далеко, но когда он приблизится к С-400 на расстояние меньше чем 463 километров, летчик уже будет знать что его "просвечивает" радар, так как самолет оборудован сенсором AN/ALR-94. Это так называемый "radar warning receiver (RWR)", то есть устройство, которое обнаруживает облучение радио волнами радара. Как говорится в документе на сайте компании производителя военной электроники Raytheon, AN/ALR-94 состоит из 30 антенн равномерно расположенных по всему корпусу самолета и на крыльях, и связан с радаром AN/APG-77 выполненным по технологии активной фазированной решетки. Антенны передатчика и приемника AN/APG-77 разные, но с помощью сенсора AN/ALR-94 радар может вычислить координаты радара С-400 не включая передатчик. Таким образом летчик уже знает все про радар С-400, а расчет С-400 понятия не имеет о том что в небе находится F-22.

Таким образом аппаратура F-22 заранее знает всё о характеристиках сигнала радара С-400, поэтому подлетев поближе может послать обратно искажённый сигнал. Причём мощность бортового РЭБ самолёта может быть намного меньше мощности радара.

Из формулы, приведённой выше, видно что расстояние зависит от мощности пропорционально корню 4 степени. Это потому что сигнал радара должен достичь цели, отразиться от неё и вернуться назад.

Дело в том что в физике существует закон под названием "Inverse-square law". Это значит что мощность сигнала падает пропорционально квадрату расстояния. Но так как ложному сигналу, в отличие от сигнала радара, не нужно возвращаться назад, мощность передатчика бортового РЭБ может быть равна квадратному корню от мощности радара. Например радар мощностью 100 киловатт можно "обмануть" с помощью передатчика мощностью 10 киловатт. Таким образом с помощью цифровых методов, можно существенно уменьшить мощность передатчика или при той же мощности передатчика увеличить расстояние пропорционально квадрату расстояния. В связи с этим приведу ещё один пример.

На странице 4-9.3 книги под названием "Электронная война и радиолокационные системы" (Electronic Warfare and Radar Systems), которая в электронном виде есть на сайте командования военно-морских воздушных систем есть такая картинка:

зависимость мощности РЭБ от полосы частот

Из этой диаграммы видно что если просто ставить заградительные помехи, то при прочих равных условиях требуется намного большая мощность, так как заградительные помехи ставятся в широком диапазоне частот, а мощность "размазывается" по всему спектру.

Другое дело когда используют DRFM. В этом случае ширина спектра равна спектру входного сигнала, поэтому мощности надо в разы меньше. Ещё одна цитата из википедия:

Другой вид российских РЭБ от концерна КРЭТ интегрированных с С-400 направлен на блокирование систем связи самолетов НАТО. В случае стелс-самолетов вынужденных действовать с выключенными радарами их связь с внешним самолетом ДРЛО является критической. Без функционирования системы связи авиакрыла ВВС США как Link-16 становится также под вопросом организация воздушного боя, так как это критический компонент управлени

Про радары я писал в первой части. Напомню что радары F-22 и F-35 используют технологию LPI (низкая вероятность перехвата). Само название говорит о том что перехватить этот сигнал практически невозможно, а Link-16 эти самолёты не используют вообще. Для них разработаны другие системы связи - Intra-Flight Data Link (IFDL) для F-22 и Multifunction Advanced Data Link (MADL) для F-35. Эти системы связи тоже используют технологии LPI и LPD (низкая вероятность обнаружения).

Правда тут существует другая проблема. Эти две системы не совместимы друг с другом. F-35 разрабатывался позже, поэтому там более продвинутая система, но с F-22 они поддерживать связь с помощью этой системы не могут. В результате получается что если в атаку идут несколько F-22, они могут использовать радары и системы связи. Российская РЭБ вряд ли способна что-то сделать. Тоже самое если в атаку идут несколько F-35. Но если в атаку идут и те и другие, поддерживать связь между собой они не смогут. Точнее смогут, но через устаревшую Link-16, а в этом случае их действительно могут обнаружить. Чтобы решить эту проблему, разрабатывается новая система связи под названием TACLink 16.

Продолжение следует

Tags: weapon
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 35 comments