1. Введение
В
конце прошлого века на базе ЧВВМУ им. П. С. Нахимова был создан
Севастопольский полигон, которому посвящено много публикаций, (см.,
например, [1—4]). Организатором работ на полигоне был капитан
1-го ранга, к. т. н. Борис Антонович Топор, а научным руководителем
— соавтор настоящего доклада, д. ф-м. н. Евгений Анатольевич
Штагер. За 10 лет работы полигона (1980—1990 гг.) был
выполнен большой объем исследований и измерений, главным образом, в
части определения радиолокационной заметности кораблей (РЛЗ) и
вероятности выхода пеленга за контур корабля. Достигнутый уровень
понимания проблем измерений требовал постановки новых исследований, и в
частности — создания методики пересчета измеряемой величины
РЛЗ корабля в его среднюю ЭПР. Напомним, что тогда, впрочем, как и
сейчас, на полигоне измерялась радиолокационная заметность, а не ЭПР к
орабля. Между этими величинами существует различие от 2 до 10 раз, так
что такой пересчет совершенно необходим [5, 6]. Эти и другие задачи
морской радиолокации после отделения Крыма решались в РФ на стендах
моделирования и путем создания программ расчета средней ЭПР кораблей.
Теперь настало время объединить результаты исследований, выполненных в
разных странах.
В докладе обсуждаются современные задачи и проблемы измерений радиолокационных, инфракрасных и лазерных отраженных полей от кораблей, включая стелс-корабли. Мы надеемся, что этот материал будет полезен для формулирования проблем измерений на Севастопольском полигоне и не только на нем.
2. Современные требования к полигонам и их составу
Со времени ввода в строй Севастопольского полигона произошли существенные изменения в части решаемых задач на полигонах. Причиной этому явилось появление мощных пакетов программ расчета физических полей корабля в верхней полусфере (см., например [7, 8]). Оба пакета программ появились практически одновременно и с тех пор активно используются в оценках радиолокационных и оптических характеристик кораблей и морских сооружений. Итальянский пакет программ используется на крупнейшей в ЕС судостроительной фирме International Design Ships [8]. Отечественный пакет программ разработан в Крыловском Государственном научном центре [7]. Оба пакета программ базируются на электронных чертежах кораблей, которые создаются в ходе его проектирования. На их основе строится виртуальная трехмерная модель вида рис. 1.
Виртуальная модель (рис. 1) может поворачиваться любым ракурсом и под любым углом места в вертикальной плоскости. С каждого ракурса и угла места для выбранной длине волны поля из диапазона 0,8—70 см рассчитывается среднее значение радиолокационной заметности корабля и его средней ЭПР в секторе азимутальных углов при различных состояниях морского волнения. Как видим, объем информации при расчетах значительно превосходит тот, который можно получить на полигоне. Результаты расчета могут быть использованы для пересчета измеренных значений РЛЗ корабля в величины средней ЭПР. Один из методов пересчета опубликован в [11]. Следует отметить, что с использованием виртуальной модели корабля расчетным путем определяются усредненные радиолокационные и тепловые портреты кораблей, а по программе РФ — еще и лазерные портреты.
Что же в настоящее время не определяется расчетным путем? Не определяются мгновенные (текущие) флуктуации отраженного от корабля сигнала. Эти характеристики важны в ходе испытаний различных устройств обнаружения кораблей и наведения на них высокоточного оружия [10]. Новые образцы этих устройств должны испытываться на современном полигоне, хотя при этом не исключаются и измерения усредненных характеристик. Чаще всего усредненные значения ЭПР кораблей востребованы в ходе контрольных испытаний и для сравнения с результатами расчетов.
Изменения требований к составу современного полигона приводит к изменениям его структуры. Рассмотрим структуру современного полигона ИК характеристик кораблей [6].
Международный полигон стран НАТО.
Примером объединенного полигона изучения и контроля инфракрасного поля кораблей может служить полигон в Канаде [9], см. рис. 2. На полигоне размещены измерительные комплексы стран НАТО. Каждая страна представлена своим научным центром, а именно: Naval Research Lab. (USA), Norwegian Defense Research Establishment (Norway). Defense Research and Development (Canada), Physics and Electronics Lab. (Netherland), Mariteleradar (Italy), Centre Technique and Systems Navel (France), Danish Defense Research Development (Denmark), Naval University of Gdynia (Poland).
Перечисленные фирмы и страны присутствовали на полигоне на момент публикации информации о полигоне в 2004 г. В настоящее время количество стран и фирм существенно возросло.
Сайты фирм полигона свидетельствуют о том, что измерения выполняются как в интересах защиты кораблей, так и в интересах противокорабельного оружия. Измерения на каждой установке выполняются самостоятельно, но их калибровка осуществляется с помощью одного эталона. Таковым служит специально оборудованное судно (рис. 3). В ходе калибровки измерительных средств полигона судно совершает галсы на удаление и круговые циркуляции. В том и другом случаях удается откалибровать по дистанции функцию влияния и другие факторы, сопутствующие формированию ИК излучения корабля.
Перспективы использования Севастопольского полигона
Если исходить из состояния Севастопольского полигона на конец прошлого века, то он нуждается в реорганизации (которая, возможно, частично уже выполнена). Ранее полигон был ориентирован на задачи кораблестроения СССР. Причем главным заказчиком выступал ЦНИИ им академика А. Н. Крылова. В нынешней ситуации полигон должен быть переориентирован на предоставление услуг организациям из разных стран содружества. Каждый разработчик нового оружия или средств защиты должен быть обеспечен помещением для размещения аппаратуры, электропитанием и кораблем-эталоном. Испытания новых устройств должны быть обеспечены вспомогательной аппаратурой в радиолокационном, инфракрасном и лазерном диапазонах волн. Особое внимание должно быть уделено временной синхронизации принимаемых сигналов с курсовым положением корабля и записями его бортовой и килевой качки.
Другая забота полигона — разработка современной методики измерений уровней физических полей кораблей. При этом методика должна позволять определять именно те характеристики, которые регламентируются руководящими документами. В частности, РД оперирует со средними ЭПР кораблей, а измеряемыми характеристиками являются величины радиолокационной заметности, зависящие от расстояния до корабля и высоты подъема антенны РЛС. Это несоответствие должно устраняться методикой измерений. За полигоном значится и участие в составлении и аттестации методик испытаний образцов новой техники.
Проведение перечисленных видов работ на современных полигонах занимает основное время между испытаниями. В конце каждого испытания полигон должен обеспечить электронную копию записей принимаемых сигналов, синхронные с записями качки и курсового угла наблюдения корабля. Перечислим возможные виды испытаний в каждом из диапазонов волн.
Радиолокационный диапазон волн.
1. Запись временных флуктуаций отраженного сигнала в единицах ЭПР калибровочного отражателя. Дополнительно записывается курсовой угол наблюдения корабля и его бортовая и килевая качка. Записи используются в дальнейшем для отработки систем испытуемого устройства, если в режиме реального времени этого сделать не удается. Кроме того, электронные записи результатов испытаний Заказчик может использовать многократно с разными вариантами нового устройства.
2. Измеряемая величина радиолокационной заметности корабля содержит радиолокационный антипод. Мероприятия защиты корабля и его антипода различны, поэтому целесообразно из общего сигнала выделять сигнал антипода. Такая возможность имеется: радиолокационные антиподы уже рассчитываются и существует методика их измерений [6].
Инфракрасное поле излучения корабля.
Результатом измерений служат инфракрасные портреты корабля с разных ракурсов его наблюдения. Эти портреты измеряются в ближней зоне на фиксированном удалении корабля от измерителя. На другом удалении и в других условиях наблюдения измеряемые ИК-портреты оказываются иными. Поэтому должна быть создана методика пересчета ИКпортретов, измеренных на разных дальностях. Для этого очень важно иметь внешний эталон со ступенчато изменяющейся температурой, который может располагаться на разных дальностях. Носителем эталона может быть вспомогательный корабль, как на полигоне НАТО (рис. 3). Процесс измерений должен сопровождаться непрерывной фиксацией изменений курсового угла испытуемого объекта и дальности до него. Разрешающая способность в картинной плоскости должна выбираться по требованиям заказчика.
Лазерное отраженное поле корабля. ;
В отличие от радиолокационного диапазона волн, здесь измеряются некогерентные портреты кораблей. Причиной тому служат неровности случайного характера, всегда существующие на поверхностях надстроек и корпуса корабля. В радиолокационном диапазоне волн эти неровности не проявляются изза их малости относительно длины волны поля. Измеряемые лазерные портреты корабля зависят от дальности и погодных условий. Для пересчета этих портретов с одной дальности на другую существует много теорий, но более надежным является сравнительный анализ измеренных лазерных портретов на разных дальностях. Большую помощь здесь может оказать в качестве эталона выносной отражатель, расположенный на вспомогательном корабле.
4. Заключение
Первоначально созданный в Севастополе полигон под задачи ВМС СССР в течение 23 лет развивался под другие задачи. В этот же период в РФ пытались решать актуальные проблемы ВМС путем создания программ расчета и проведения модельных измерений. Настало время объединить результаты наработок в разных странах с тем, чтобы создать современный Севастопольский полигон. Этот полигон должен быть ориентирован на решение задач разных стран содружества и располагать современными измерительными средствами и методиками.
5. References
1. Топор Б. А., Братишко Н. Ф. Трехчастотный радиолокационный
измерительный комплекс. ЧВВМУ им. П. С. Нахимова. 1990. 108
с.
2. Yermolov, P.P., Pustovoytenko, V.V.
Sevastopol range for measuring radar, thermal and laser properties of
surface ships (1979-1991). 2009 19th Int. Crimean Conf.
“Microwave and Telecommunication Technology”
(CriMiCo’2009). Sevastopol, 2009, pp. 36-39.
3. Барабанщиков В. Ф., Вилор М. Ю. 35 лет Береговому научно-техническому комплексу. Сборник трудов Академии военно-морских сил им П. С. Нахимова. 2010. Вып. 3. С. 236—244.
4. Барабанщиков В. Ф., Вилор М. Ю. История и перспективы Берегового научно-технического комплекса. Сборник трудов Академии военно-морских сил им П. С. Нахимова. 2014. Вып. 1. С. 12—21.
5. Штагер Е. А. Физические основы стелс-технологии. СПб. : ВВМ, 2014. 286 с.
6. Штагер Е. А. Радиолокационные антиподы кораблей. СПб. : ЦНИИ им. aкад. А. Н. Крылова, 2010. 191 с.
7. Свидетельство № 2011616290 от 10.05.2011 о государственной регистрации программы «Расчет радиолокационной заметности кораблей»
8. Electromagnetic Design Ship Fremework // www.ids-spa.it (16.04.2014).
9. Dong Fraedrich and Craig Millrer. Ship IR Model Validation using NATO SIMUEX Eхperiment Results Naval Research Lab. 2004.
10. Борисов Е. Г., Евдокимов В. И. Высокоточное оружие и борьба с ним. СПб. : Лань. 2013. 498 с.
10. Shtager E. Scattering cross-section of sea targets in nonhomogeneous incident field. 2007 17th Int. Crimean Conf. “Microwave and Telecommunication Technology” (CriMiCo’2007). Sevastopol, 2007, pp. 9-14.
THE TESTING POLYGON OF THE BLACK SEA HIGHER NAVAL INSTITUTE NAMED AFTER P. S. NAKHIMOV: HISTORY OF DEVELOPMENT AND APPLICATION PROSPECTS
Shtager E. A., Yermolov P. P.Krylov State Research Centre 44, Moskovskoe Highway, St. Petersburg, 196158, Russian Federation
e-mail: shtager.e@mail.ru
Sevastopol National Technical University 33, Universitetskaya str., Sevastopol, 299053, Russian Federation
Popov Crimean Scientific and Technology Center P. O. Box 10, Sevastopol, 299057, Russian Federation
e-mail: 10.99057@gmail.com
Abstract — Provided the history in brief concerning the development of the testing polygon of The Black Sea Higher Naval Institute named after P.S. Nakhimov, where some radar signature studies of the ships took place. Calculation possibilities for the ship physical field characteristics are compared with their measuring possibilities. It is supposed to change a composition of the characteristics to be measured and increase a number of the polygon users as well as create a reference ship of physical fields.