Русский  English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Створити малопомітний радіотехнічний об'єкт з моменту проектування простіше, ніж намагатися приховати вже існуючий. При проектуванні такого роду об'єкта розробники спочатку планують його помітність / непомітність. Особливо, якщо це стосується таких об'єктів, як кораблі, будівлі, радіолокаційні станції і т.д. Для досягнення якомога меншої помітності століттями розвивався такий напрямок, як маскування. У даній роботі маскування набуває новий етап розвитку. Радіотехнічні об'єкти, що мають в своєму складі антенні системи, особливо вимагають захисту від виявлення іншими локаційним станціями. Так, маскування такого роду об'єктів в даний час стрімко розвивається і все більше держав надають нові технології "невидимок".

Для досягнення максимального ефекту в маскуванні враховується недосконалість людини, його організму, якщо стосується візуального маскування. Аналогічним чином проходить процес маскування об'єктів від радарів радіотехнічних пристроїв. Свого часу маскування знайшло статус військового спрямування, яке вимагає спеціальної підготовки

1. Актуальність теми

У сучасному світі все більше комплексів оснащується радіоелектронними пристроями, які сприяють виявленню різного роду об'єктів. Так як будь-який об'єкт сам по собі відбиває радіохвилі, тобто має свою ефективну поверхню розсіювання (ЕПР), наявність додаткових металевих пристроїв і конструкцій призводить до збільшення помітності цього об'єкта. Це призводить до того, що при веденні розвідувальних операцій ймовірність виявлення даного об'єкта значно зростає, що є вкрай негативним фактом.

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі дослідження способу зменшення ефективної поверхні розсіювання радіотехнічних об'єктів, що мають в своєму складі антенні системи. В ході роботи планується удосконалити існуючий спосіб зменшення ЕПР [1].

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою дослідження є розробка пристрою для зменшення ефективної поверхні розсіювання радіотехнічних об'єктів, що має в своєму складі антенні системи.

Основні задачі дослідження:

  1. Дослідження існуючих способів радіомаскування.
  2. Вивчити властивості радіопоглинаючих і радіопрозорих матеріалів
  3. Провести порівняльний аналіз і вибрати відповідний
  4. Змоделювати пристрій в програмному продукті
  5. Провести розрахунок параметрів за результатами моделювання

Об'єкт дослідження: антенна конструкція, поміщена під обтічник.

Предмет дослідження: зменшення ефективної поверхні розсіювання за рахунок обтічника.

Для експериментальної оцінки передбачуваного пристроя планується розробити модель в програмному продукті CST Studio. При моделюванні отримані дані будуть застосовані для розрахунку розмірів сфер пристрою, діаметрів і математичного розрахунку ЕПР модельованого об'єкта.

3. Огляд досліджень та розробок

Дослідження в напрямку по розсіюванню електромагнітного випромінювання різними об'єктами ведуться з первинного виявлення поняття дифракції, яке встановив Франческо Марія Грімальді ще в другій половині 17 століття. Пізніше це явище підтверджували Ньютон, Гюйгенс, Кірхгоф і Котлер. Перше якісне визначення даного оптичного явища було висунуто Томасом Юнгом в 1803 році виходячи з хвильової теорії світла, згадуючи при цьому крайові хвилі, а в 1818 році Френель розвинув кількісну теорію дифракційних явищ [2] .

За радянських часів даними дослідженнями займався Петро Якович Уфімцев і в 1962 році опублікував свою теорію дифракції крайових хвиль в книзі «Метод крайових хвиль у фізичній теорії дифракції». Після публікації даних досліджень зацікавилися закордонні, зокрема, американські вчені Вілл Шредер і Денис Оверхолсер з компанії Локхід (Lockheed) [3]. Книга стала фундаментальною в напрямку вивчення випромінювання електромагнітних хвиль і, більш того, послужила ідеєю і основою для створення літака, невидимого для радіолокаторів, а саме конструкції літака F–117.

Також дослідження і вимірювання радіолокаційних, теплових і лазерних характеристик надводних кораблів велися на севастопольському полігоні з 1979 року. Саме там почали застосовувати технологію "Стелс" [4].

"В історичному аспекті роботи по Stealth-технології в Росії були розпочаті з постановки радіпоглинаючих покриттів на вже діючі об'єкти. Так у 1974 р. був завершений перший етап зі створення і освоєння в промисловості ряду широкодіапазонних радиопоглинаючих покриттів (РПП), у тому числі на основі магнітних еластомерів. У 1975 р. одне з таких покриттів було використано для зміни радіолокаційного образу надводного корабля" [5] .

У монографії описується експеримент, в якому брало участь 2 корабля одного проекту водотоннажністю близько 700 т, причому на всю верхню надбудову першого корабля було нанесено 200 кг РПП, а другий корабель був контрольним. Кораблі рухалися за однаковою програмою, одним паралельним курсом. Ці випробування принесли свої результати: була помічена різниця на приладах радіолокаційних станцій.

3.1 Локальний огляд

У Донецькому національному технічному університеті роботи в даному напрямі велися Демидовим Олегом Олександровичем на Кафедрі радіотехніки та технічного захисту інформації під керівництвом Пасльона Володимир Володимировича [1]. В ході робіт розроблено пристрій по зменшенню ефективної поверхні розсіювання. Суть його полягає в тому, що навколо антени створюється радіонепрозоре середовище – пари ртуті. Пристрій не має аналогів, тому дана система є нововведенням.

Пристрій містить у своєму складі радіопрозорий ковпак 1, який герметично встановлюється перед випромінюють розкривом антени 2 на основі 3. Як видно, під основою 3 із зовнішнього боку ковпака 1 розміщено пристрій 4 для нагнітання і відкачування робочого середовища. Воно містить камеру 5 з газоподібної сумішшю 6 і блок 7 контролю параметрів робочого середовища під ковпаком.

Пристрій для зменшения ЕПР антен

Рисунок 1 – Пристрій для зменшения ЕПР антен

4. Зменшення помітності об'єктів

Зробити об'єкти малопомітними для РЕС надзвичайно важко. Можливо лише кілька зменшити можливості їх виявлення розвідувальними РЕС, якщо покрити матеріалами, що поглинають енергію ЕМВ, або застосувати малоотражающіе форми. Однак відчутного результату в зниженні радиовидимости можна домогтися тільки в разі різкого зниження ЕПР об'єктів. Так, зменшення ЕПР у 16 разів скорочує дальність радіолокаційного виявлення об'єкта вceгo і 2 рази [6].

Зниження РЛП може бути досягнуто кількома способами: 

- за допомогою усунення явищ уголкових відображень і збільшенні енергії, перєїзлучать в інших напрямках. Він реалізується за рахунок вибору спеціальної форми ЛА. Демонстрацією цього прийому є літак F-117А. 

- при використанні спеціального радиопоглинаючого покриття. 

- за рахунок збільшення частки енергії, перевипромінюваної в простір на кратних і комбінованих гармоніках зондуючого сигналу і відповідному зниженні частки енергії, випромінюваної на основних гармониках. Такий прийом, заснований на включенні в відбивну поверхню нелінійних (наприклад, напівпровідникових) ділянок, є дорогим і складним в технічному плані, в зв'язку з чим поки не знайшов широкого застосування [7]. 

Випромінювач, що володіє великою потужністю, може визначити не тільки наявність об'єкта в просторі, але і його геометричну форму. Отже, ЕПР безпосередньо залежить від розмірів об'єкта. Так, чим більше об'єкт, тим вище ймовірність бути поміченим. Недоліком радіотехнічних об'єктів, що мають у своєму складі антенні системи, є велика ЕПР. Деякі показники наведені нижче в таблиці 1 [8]. 


Таблиц 1 – Середні значення ЕПР
Радіолокаційна ціль ЕПР, м^2
Винищувач 3-5
Транспортний літак до 50
Транспорт малого тоннажу 150
Транспорт среднього тоннажу 7 500
Транспорт великого тоннажу 15 000
Крейсер 14 000
Катер 100
Людина 0,8 - 1


Такі цілі мають складну конфігурацію і складаються з безлічі різних відбивачів. Плоскі частини об'єктів відображають всю енергію, що призводить до дзеркального, або дифузного відображення; опуклі ділянки виглядають як «блискучі» точки. До таких належить проста форма – куля (сфера), яка має мінімальну відбиваючу поверхню.

У своєму визначенні ефективна поверхня розсіювання (ЕПР) по Сколкіну – це кількісна міра відносини щільності потужності сигналу, розсіяного в напрямку приймача, до щільності потужності радіолокаційної хвилі,  падаючої на ціль з урахуванням їх векторних властивостей [9].

E0 ‒ величина електричної складової падаючого електромагнітного поля

Es ‒ величина електричної складової розсіяного електромагнітного поля, заміряна гіпотетичним спостерігачем;

R  ‒ відстань від об'єкта до гіпотетичного спостерігача.

Для зниження помітності застосовуються різні засоби маскування. Зокрема, антени і комплекси покривають різними матеріалами або впроваджують в саму антену конструкції, що знижують ЕПР комплексу. ЕПР є умовною величиною для вираження кількісної оцінки властивостей, що відображають властивості радіолокаційної цілі і розраховується за формулою:

σ ц=P2/П1*D   ,

 

P2 — потужність вторинного випромінювання (потік енергії електромагнітної хвилі, розсіяний при падінні на ціль);

П1 — щільність потоку енергії, що виходить від джерела опромінення;

D — коефіцієнт спрямованої дії, що відбиває світло [7, 10].

Пристрій, розроблений Демидовим і Пасльоном зменшує ЕПР антени, заповнюючи сферообразних ковпак газоподібною речовиною, наприклад, парами ртуті. Під час робочої фази антени газоподібна речовина відкачується в резервну ємність, після завершення роботи простір знову наповнюється парами цієї газоподібної речовини. Недоліком даного способу є безпосередній вплив парів газоподібної речовини на елементи антеної системи, що може призвести до зміни її характеристик [11].

Запропонований пристрій для зменшення ЕПР радіотехнічних об'єктів буде мати структуру, зображену на рисунку 2:


Запропонована модель

Рисунок 2 – Запропонована модель
(анімація: 3 кадра, 10 циклів повторення, 132 кілобайта)

Висновки

У даний час на кафедрі Радіотехніки і захисту інформації ведуться роботи з усунення даного недоліку шляхом моделювання об'єкта в програмному продукті CST Studio. Складена модель у цьому ж програмному продукті, яка підтверджує корисність пристрою по зменшенню ЕПР антени, описаного в патенті Демидова і Пасльона [1].

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: квітень 2018 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.

Перелік посилань

  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.