Українська  English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Создать малозаметный радиотехнический объект с момента проектировки проще, нежели пытаться скрыть уже существующий. При проектировании такого рода объекта разработчики изначально планирут его заметность/незаметность. Особенно, если это касается таких объектов, как корабли, здания, радиолокационные станции и т.д. Для достижения как можно меньшей заметности столетиями развивалось такое направление, как маскировка. В данной работе маскировка приобретает новый этап развития. Радиотехнические объекты, имеющие в своем составе антенные системы, особенно требуют защиты от обнаружения другими локационными станциями. Так, маскировка такого рода объектов в настоящее время стремительно развивается и всё больше государств предоставляют новые технологии «невидимок».

Для достижения максимального эффекта в маскировке учитывается несовершенство человека, его организма, если касается визуальной маскировки. Аналогичным образом проходит процесс маскировки объектов от радаров радиотехнических устройств. В свое время маскировка обрела статус военного направления, которое требует специальной подготовки. 

1. Актуальность темы

В современном мире всё больше комплексов оснащается радиоэлектронными устройствами, которые способствуют обнаружению различного рода объектов. Так как любой объект сам по себе отражает радиоволны, то есть имеет свою эффективную поверхность рассеивания (ЭПР), наличие дополнительных металлических устройств и конструкций приводит к увеличению заметности этого объекта. Это приводит к тому, что при ведении разведывательных операций вероятность обнаружения данного объекта значительно возрастает, что является крайне негативным фактом.

Магистерская работа посвящена актуальной научной задаче исследованию способу уменьшения эффективной поверхности рассеивания радиотехнических объектов, имеющих в своем составе антенные системы. В ходе работы планируется усовершенствовать существующий способ уменьшения ЭПР [1].

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является разработка устройства для уменьшения эффективной поверхности рассеивания радиотехнических объектов, имеющего в своем составе антенные системы.

Основные задачи исследования:

  1. Исследование существующих способов радиомаскировки.
  2. Изучить свойства радиопоглощающих и радиопрозрачных материалов
  3. Провести сравнительный анализ и выбрать подходящий
  4. Смоделировать устройство в программном продукте
  5. Провести расчёт параметров по результатам моделирования

Объект исследования: антенная конструкция, помещенная под обтекатель.

Предмет исследования: уменьшение эффективной поверхности рассеивания за счет обтекателя.

3. Предполагаемая научная новизна

В рамках магистерской диссертации планируется разработать модель маскирующего оборудования антенной системы, которое не препятствует распространению радиосигнала. Полученные научные и моделируемые результаты могут быть использованы для применения на существующих радиотехнических объектах.

4. Планируемые практические результаты

Для экспериментальной оценки предполагаемого устройства (обтекателя), планируется разработать аналогичную модель в программном продукте CST Studio. При моделировании полученные данные будут применены для расчета размеров слоев обтекателя, диаметра сферы и математического расчета ЭПР моделируемого объекта.

5. Обзор исследований и разработок

Исследования в направлении по рассеиванию электромагнитного излучения различными объектами ведутся с первичного обнаружения понятия дифракции, которое установил Франческо Мария Гримальди ещё во второй половине 17 века. Позже это явление подтверждали Ньютон, Гюйгенс, Кирхгоф и Котлер. Первое качественное определение данного оптического явления было выдвинуто Томасом Юнгом в 1803 году исходя из волновой теории света, упоминая при этом краевые волны, а в 1818 году Френель развил количественную теорию дифракционных явлений [2] .

В советское время данными исследованиями занимался Петр Яковлевич Уфимцев и в 1962 году опубликовал свою теорию дифракции краевых волн в книге «Метод краевых волн в физической теории дифракции». После публикации данными исследованиями заинтересовались зарубежные, в частности, американские ученые Вилл Шрёдер и Денис Оверхолсер из компании Локхид (Lockheed) [3]. Книга стала фундаментальной в направлении изучения излучения электромагнитных волн и, более того, послужила идеей и основой для создания самолёта, невидимого для радиолокаторов, а именно конструкции самолета F-117.

Также исследования и измерения радиолокационных, тепловых и лазерных характеристик надводных кораблей велись на севастопольском полигоне с 1979 года. Именно там начали применять технологию «Стелс» [4].

«В историческом аспекте работы по Stealth–технологии в России были начаты с постановки радиопоглощающих покрытий на уже действующие объекты. Так в 1974 г. был завершен первый этап по созданию и освоению в промышленности ряда широкодиапазонных радиопоглощающих покрытий (РПП), в том числе на основе магнитных эластомеров. В 1975 г. одно из таких покрытий было использовано для изменения радиолокационного образа надводного корабля» [5] .

В монографии описывается эксперимент, в котором участвовало 2 корабля одного проекта водоизмещением около 700 т, причем на всю верхнюю надстройку первого корабля было нанесено 200 кг РПП, а второй корабль был контрольным. Корабли двигались по одинаковой программе, одним параллельным курсом. Эти испытания принесли свои результаты: была замечена разница на приборах радиолокационных станций.

5.1 Локальный обзор

В Донецком национальном техническом университете работы в данном направлении велись Демидовым Олегом Александровичем на Кафедре радиотехники и технической защиты информации под руководством Паслёна Владимир Владимировича [1]. В ходе работ разработано устройство по уменьшению эффективной поверхности рассеивания. Суть его заключается в том, что вокруг антенны создается радионепрозрачная среда – пары ртути. Устройство не имеет аналогов, поэтому данная система является новшеством.

Устройство содержит в своем составе радиопрозрачный колпак 1, который герметично устанавливается перед излучающим раскрывом антенны 2 на основе 3. Как видно, под основой 3 с внешней стороны колпака 1 размещено устройство 4 для нагнетания и откачки рабочей среды. Оно содержит камеру 5 с газообразной смесью 6 и блок 7 контроля параметров рабочей среды под колпаком.

Устройство уменьшения ЭПР антенн

Рисунок 1 – Устройство уменьшения ЭПР антенн

6. Снижение заметности объектов

Сделать объекты малозаметными для РЭС чрезвычайно трудно. Возможно лишь несколько уменьшить возможности их обнаружения разведывательными РЭС, если покрыть материалами, поглощающими энергию ЭМВ, или применить малоотражающие формы. Однако ощутимого результата в снижении радиовидимости можно добиться только в случае резкого снижения ЭПР объектов. Так, уменьшение ЭПР в 16 раз сокращает дальность радиолокационного обнаружения объекта вceгo и 2 раза [6].

Снижение РЛЗ может быть достигнуто несколькими способами: 

- посредством устранения явлений уголковых отражений и увеличении энергии, переизлучаемой в других направлениях. Он реализуется за счет выбора специальной формы ЛА. Демонстрацией этого приема является самолет F-117А. 

- при использовании специального радиопоглощающего покрытия. 

- за счет увеличения доли энергии, переизлучаемой в пространство на кратных и комбинированных гармониках зондирующего сигнала и соответственном снижении доли энергии, излучаемой на основных гармониках. Такой прием, основанный на включении в отражающую поверхность нелинейных (например, полупроводниковых) участков, является дорогостоящим и сложным в техническом плане, в связи с чем пока не нашел широкого применения [7]. 

Излучатель, обладающий большой мощностью, может определить не только наличие объекта в пространстве, но и его геометрическую форму. Следовательно, ЭПР напрямую зависит от размеров объекта. Так, чем больше объект, тем выше вероятность быть замеченным. Недостатком радиотехнических объектов, имеющих в своем составе антенные системы, является большая ЭПР. Некоторые показатели приведены ниже в таблице 1 [8]. 


Таблица 1 – Средние значения ЭПР
Радиолокационная цель ЭПР, м^2
Истребитель 3-5
Транспортный самолет до 50
Транспорт малого тоннажа 150
Транспорт среднего тоннажа 7 500
Транспорт большого тоннажа 15 000
Крейсер 14 000
Катер 100
Человек 0,8 - 1

Такие цели имеют сложную конфигурацию и состоят из множества различных отражателей. Плоские части объектов отражают всю энергию, что приводит к зеркальному, либо диффузному отображению; выпуклые участки выглядят как «блестящие» точки. К последним относится простая форма – шар (сфера), которая имеет минимальную отражающую поверхность.

ЭПР различных объектов

Рисунок 2 – ЭПР различных объектов

В своем определении эффективная поверхность рассеивания (ЭПР)  по Сколкину – это количественная мера отношения плотности мощности сигнала, рассеянного в направлении приемника,  к  плотности мощности радиолокационной волны, падающей на цель с учетом их векторных свойств [9].

E0 ‒ величина электрической составляющей падающего электромагнитного поля;

Es ‒ величина электрической составляющей рассеянного электромагнитного поля, замеренная гипотетическим наблюдателем;

R ‒ расстояние от цели до гипотетического наблюдателя.

Для снижения заметности применяются различные способы маскировки. В частности, антенны и комплексы покрывают различными материалами или внедряют в саму антенну конструкции, снижающие ЭПР комплекса. ЭПР является условной величиной для выражения количественной оценки отражающих свойств любой радиолокационной цели и рассчитывается по формуле:

σ ц=P2/П1*D   ,

P2 — мощность вторичного излучения (поток энергии электромагнитной волны, рассеянный при падении на цель);    

П1 — плотность потока энергии, исходящей от источника облучения;

D — коэффициент направленного действия отражающего объекта [7, 10].

Устройство, разработанное Демидовым и Паслёном уменьшает ЭПР антенны, заполняя сферообразный колпак газообразным веществом, к примеру, парами ртути. Во время рабочей фазы антенны газообразное вещество откачивается в резервную емкость, после завершения работы пространство вновь наполняется парами этого газообразного вещества.  Недостатком данного способа является непосредственное воздействие паров газообразного вещества на элементы антенной системы, что может привести к изменению её характеристик [11]. 

Предлагаемый способ уменьшения ЭПР радиотехнических объектов будет иметь строение, как на рисунке 3:

Устройство уменьшения ЭПР

Рисунок 3 – Разрабатываемая модель
(анимация: 3 кадра, 10 циклов повторения, 132 килобайта)

Выводы


В настоящее время на кафедре Радиотехники и защиты информации ведутся работы по устранению данного недостатка путем моделирования объекта в программном продукте CST Studio. Составлена модель в этом же программном продукте, которая подтверждает полезность устройства по уменьшению ЭПР антенны, описанного в патенте Демидова и Паслёна [1].

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: апрель 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Пристрій для зменшення ефективної поверхні розсіювання антен : патент на корисну модель №91502 (UA).  / Демідов О. О. (UA), Пасльон В. В. (UA) ; заяв. 13.01.2014 ; опубл. 10.07.2014, Бюл. №13. 3 с.  
  2. Голин Г. М., Филонович С. Р. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX в.) : Справ. пособие. – М. : Высш. шк., 1989. – 576 с. 
  3. Уфимцев П. Я. Теория дифракционных краевых волн в электродинамике. Введение в физическую теорию дифракции / П. Я. Уфимцев; пер. с англ.  – 2-е изд., испр. и доп.  – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. –372 с.
  4. Ермолов П. П., Пустовойтенко В. В. Севастопольский полигон для измерений радиолокационных, тепловых и лазерных характеристик надводных кораблей (1979—1991 гг.) – 2009 19th Int. Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2009). 14–18 September 2009.
  5. Алексеев А. Г., Штагер Е. А., Козырев С. В. Физические основы технологии Stealth. – СПб. : ВВМ, 2007. – 283 с.
  6. Палий А. И. Радиоэлектронная борьба. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Воениздат, 1989. – 350 с.
  7. Степанов Ю. Г. Противорадиолокационная маскировка. / Степанов Ю. Г. изд. «Советское радио», Москва – 1968, 144 с.
  8. Канащенков А. И., Меркулов В. И., Самарин О. Ф. Облик перспективных бортовых радиолокационных систем. Возможности и ограничения. – Москва: ИПРЖР, 2002. – 176 с. 
  9. Сколник М. И. Справочник по радиолокации. / Пер. с. англ. Под общей ред. Трофимова К. Н. В четырех томах. М. : Сов. Радио. – 1976–1978 гг.
  10. Рябченко В. Ю., Паслён В. В, Исследование способов уменьшения эффективной поверхности рассеивания радиотехнических объектов – 2017 13-я Международная молодёжная научно-техническая конференция «Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникации, РТ-2017», г. Севастополь, РФ, 21-25 ноября 2017.
  11. Рябченко В. Ю., Паслён В. В, Обзор способов уменьшения эффективной поверхности рассеивания радиотехнических объектов. Конференция  “Донбасс будущего глазами молодых ученых” , – Донецк, СМУ, ДонНТУ, 21 ноября 2017.