Русский  English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Створення радіотехнічного об'єкту на стадії проектування передбачає зведення його помітності до мінімуму, проте в деяких випадках потрібна додаткова, зовнішня маскування. при проектуванні такого роду об'єкта розробники визначають рівень або клас непомітності об'єкта. . Особливо, якщо це стосується військової техніки і таких об'єктів, як: будівлі, кораблі, радіолокаційні станції і т.д. Для досягнення бажаних результатів, потрібні були століття розвитку такого напрямку, як маскування. В цій роботі маскування набуває новий виток розвитку. радіотехнічні системи, що мають в своєму складі антенні комплекси, потребують особливого захисту від виявлення іншими локаційним комплексами і системами. Таким чином, маскування такого роду об'єктів в даний час стрімко розвивається і все більше держав надають різноманітні, нові технології під назвою «Стелс».

Для досягнення високих показників ефекту в маскуванні враховується неповноцінність органів сприйняття людини. аналогічним чином проходить процес приховування об'єктів від радарів радіотехнічних пристроїв. У наш час маскування набула статусу військового ремесла, яке вимагає спеціальної висококваліфікованої підготовки. 

1. Актуальність теми

В наші дні все більше комплексів оснащується різними радіоелектронними пристроями, які здатні виявити об'єкти різних габаритів і цільової спрямованості. Практично будь-який об'єкт на своїй поверхні має металеві елементи, що використовуються каркасом або його конструктивною частиною. Будь-які металізовані поверхні відображають радіохвилі, тобто виступають в ролі пасивної передавальної антени, наявність великої кількості металевих пристроїв і конструкцій на поверхні призводить до збільшення помітності цього об'єкта. Це призводить до того, що при проведенні розвідувальних операцій ймовірність знаходження даного об'єкта значно зростає, що є вкрай негативним явищем.

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі дослідження способів маскування стратегічних об'єктів, що мають в своєму складі як антенні системи і комплекси, так і їх відсутність. В ході роботи планується удосконалити існуючий спосіб зниження відбитого сигналу, а разом з тим і загальну помітність об'єкта [1].

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою дослідження є розробка пристрою, на базі нового матеріалу для зниження рівня відбитого сигналу стратегічних об'єктів, що має в своєму складі важливі апаратні і складові частини.

Основні завдання дослідження:

  1. Дослідження існуючих способів радіомаскіровкі і перехід від загального до конкретного.
  2. Ввивчити властивості радиопоглощающих 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 : Стратегічний об'єкт, накривається матеріалом з поглинає ефектом.

Предмет дослідження : зменшення відбитого випромінювання за рахунок поглинання електромагнітної енергії і переведення її в інший стан.

3. Передбачувана наукова новизна

В рамках магістерської дисертації планується розробити модель маскує обладнання об'єкту, що охороняється, яке повністю поглинає все що потрапляє на його поверхню. Отримані наукові і моделюються результати можуть бути використані для застосування на діючих радіотехнічних об'єктах.

4. Плановані практичні результати

Для експериментальної оцінки передбачуваної поглинаючого матеріалу, планується розробити аналогічну модель в програмному продукті CST Studio. при моделюванні отримані дані будуть застосовані для розрахунку розмірів шарів поглинаючого матеріалу, її товщини і математичного розрахунку відбитого сигналу об'єкта, що моделюється.

5. Огляд досліджень і розробок

Дослідження в напрямку по розсіюванню і поглинання випромінювання різними об'єктами зародилося з моменту первинного виявлення поняття дифракції, яке встановив Франческо Марія Грімальді в другій половині 17 століття. Пізніше дане явище підтверджували Ньютон, Гюйгенс, Кірхгоф і Котлер. Першим хто зміг дати якісне визначення цього оптичного явища став Томас Юнг в 1803 році. А виходячи з хвильової теорії світла, згадуючи при цьому крайові хвилі, Френель в 1818 році розвинув кількісну теорію дифракційних явищ [2] .

За радянських період даними дослідженнями займався Петро Якович Уфімцев. У 1962 році він опублікував свою теорію дифракції крайових хвиль у своїй 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 фундаментальної 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 радиопоглощающих покриттів на вже діючі об'єкти. Так в 1974 р був завершений перший етап зі створення і освоєння в промисловості ряду широкодіапазонних радиопоглощающих покриттів (РПП), в 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.

5.1 Огляд локальних джерел

В роботі Леоніда Устименко, розроблений сверхшірокодіапазонний радиопоглощающую матеріал на основі наноструктурного феромагнітного мікродроту (НФМП) в скляній ізоляції. Основним радиопоглощающую елементом в ньому є НФМП, що представляє собою тонкий металевий сердечник в скляній ізоляції. Завдяки різниці коефіцієнта термічного розширення металу і скла, а також наявності наноструктурного перехідного шару, матеріал металевого сердечника знаходиться під впливом гігантських напруг і володіє унікальними електрофізичними характеристиками в СВЧ-діапазоні. У поточній роботі передбачає удосконалення такого підходу [4]. Для поліпшення існуючого устрою, необхідно використовувати кілька шарів НФМП з різним кроком інтеграції, що дозволить розширити діапазон поглинаються частот. Так само тильну сторону матеріалу необхідно покрити магнітотверді гумою, для кращого зчеплення з металізованої поверхнею. Даний матеріалом можна покрити безпосередньо об'єкт, що охороняється або для отримання більшого ефекту, накрити каркас кулястої форми, що дозволить знизити ЕПР об'єкту, що охороняється. [1]. Пристрій не має аналогів, тому дана система є нововведенням.

Модель в действии, защита стратегического аппарата от обнаружения

Малюнок 1 – Модель в дії, захист стратегічного апарату від виявлення

6. Зниження помітності об'єктів

Зробити об'єкти малопомітними для об'єктів особливої важливості надзвичайно важко, так як на цих об'єктах можуть розташовуватися пасивні і активні антенні системи. можливо лише дещо зменшити можливості їх виявлення розвідувальними РЕМ, якщо покрити матеріалами, що поглинають енергію ЕМВ і застосувати маслоотражающіе форми.

Зниження РЛЗ 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 радиопоглощающую покриття. 

– за рахунок збільшення частки енергії, перєїзлучать в простір на кратних і комбінованих гармониках зондуючого сигналу і відповідному зниженні частки енергії, випромінюваної на основних гармониках. Такий прийом, заснований на включенні в відображатиме 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 в своєму складі антенні системи, є велика ЕПР.

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

Малюнок 2 – ЕПР різних об'єктів

В своєму визначенні ефективна поверхня розсіювання   по Сколкіну – це кількісна міра відносини щільності потужності сигналу, розсіяного в напрямку приймача,  к  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 мети до гіпотетичного спостерігача.

Для зниження помітності застосовуються різні способи маскування. В 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 будь-який радіолокаційної мети і розраховується за формулою:

σ ц=P2/П1*D   ,

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

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

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

В роботі Леоніда Устименко, розроблений сверхшірокодіапазонний радиопоглощающую матеріал на основі наноструктурного феромагнітного мікродроту (НФМП) в скляній ізоляції. Основним радиопоглощающую елементом в ньому є НФМП, що представляє собою тонкий металевий сердечник в скляній ізоляції. [4 посилання на статтю]. Завдяки різниці коефіцієнта термічного розширення металу і скла, а також наявності наноструктурного перехідного шару, матеріал металевого сердечника знаходиться під впливом гігантських напруг і володіє унікальними електрофізичними характеристиками в СВЧ–діапазоні.   Недоліком даного способу є високий рівень відображення ЕМВ. [11]. 

Пропонований спосіб зменшення відображення радіотехнічних об'єктів буде мати будову, як на малюнку 3:

Устройство уменьшения отражения ЭМ

Малюнок 3 – Розробляється модель
(Анімація: 7 кадрів, 8 циклів повторення, 140 кілобайт)

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 в цьому ж програмному продукті, яка підтверджує корисність пристрою по зменшення відображення ЕМВ антени, описаного в патенті Леоніда Устименко [1].

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: квітень 2021 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Устименко Л. Г., Хандогина Е. В. Наноматериалы для поглотителей электромагнитных волн и защиты информации : Справ. пособие. – М. : Высш. шк., 2013. – 174 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.