1 января, 2005

Кризис активной локации

Его преодоление возможно с использованием новых видов зондирующих сигналов

СУТЬ грозящей опасности остается прежней и для ныне разрабатываемых новых зенитных ракетных систем: излучение РЛС засекается, определяются ее координаты, а затем следует массированный удар средств воздушного нападения, нейтрализовать который можно только с помощью очень сложной системы защиты радара.

ТУПИК ТРАДИЦИОННОЙ ПВО

Не забудем и о таких давних противниках традиционных активных РЛС, как постановщики помех. Учитывая тот факт, что все состоящие на вооружении радиолокационные станции ПВО - узкополосные (диапазон перестройки по частоте даже у перспективной РЛС наведения ЗУР ЗРС СД-ДД не превышает нескольких сотен мегагерц, т.е. единиц процентов от значения несущей частоты), можно ожидать достаточно эффективного помехового подавления радаров противоборствующей стороной. Все имеющиеся в арсенале способы борьбы с помехами за счет повышения потенциала станций, сужения диаграмм направленности, перестройки частоты, организации провалов в диаграммах в направлении на помеховое излучение, аппаратной и алгоритмической компенсации помех и пр. помогают лишь отчасти.

В целом же массированное применение помех существенно уменьшает возможности РЛС по обнаружению противника на большой дальности, а в сочетании с использованием противорадиолокационных снарядов способно полностью парализовать систему ПВО.

Еще один негативный фактор для активных РЛС - бурно развивающиеся технологии сокращения эффективной отражающей поверхности СВН типа Stealth. За последние 15 лет они способствовали уменьшению ЭОП в десятки и даже сотни раз. А ведь на подходе еще более совершенные технологии - плазменные. В результате радары, образно говоря, становятся "близорукими", что существенно снижает боевые возможности зенитных ракетных войск.

Если вспомнить вдобавок давно практикуемую ВВС тактику преодоления ПВО на малых высотах, что естественным образом сокращает дальность обнаружения СВН, то картина вырисовывается совсем мрачная. Недаром специалисты приходят к пессимистическому заключению: в развитии активной радиолокации ПВО наступил кризис. А это в свою очередь ставит под вопрос боевую эффективность сложившейся системы обнаружения ПВО и, следовательно, всей системы ПВО в целом.

И ЭТО НЕ ПАНАЦЕЯ

Кризис традиционной радиолокации противовоздушной обороны частично может быть преодолен за счет разнесения приемной и передающей частей РЛС в пространстве, особенно при использовании нескольких приемных и передающих позиций. Однако это не разрешит проблему полностью, поскольку СВН в обязательном порядке постараются вывести из строя все излучающие средства информационной системы ПВО.

Кардинальная же мера - переход к пассивной локации, когда вместо привычного радара используется только система приемников, связанных друг с другом. Разнесенные в пространстве, они обеспечивают измерение либо пеленгов на излучающий объект, либо задержек прихода сигналов цели относительно каждой позиции. И в том, и в другом случае измерение на трех позициях позволяет определить все три пространственные координаты излучающего объекта. Введение в систему избыточности в виде четвертой измерительной позиции позволяет значительно улучшить селекцию целей в сложной тактической обстановке.

Полная скрытность работы обеспечивает комплексу пассивной локации высокую выживаемость в боевых условиях. Запеленговать его нельзя, противорадиолокационные ракеты, эффективные при борьбе с традиционными РЛС, здесь не применимы. Кроме того, пассивные комплексы прекрасно обнаруживают постановщиков помех, существенно снижающих возможности активных радаров.

Тем не менее, ставка как на увеличение доли пассивных РЛС в составе информационной системы ПВО, так и на создание пассивно-активных многопозиционных радиолокационных комплексов не представляется целесообразной. Дело даже не в качестве информации, получаемой пассивными средствами (оно окажется низким): слишком многое будет зависеть от располагаемой информации от СВН.

До сих пор развитие средств воздушного нападения предусматривало прежде всего усиление противодействия активным РЛС, а средства пассивной локации в расчет не принимались. Да и было их, собственно говоря, немного. Поэтому современные СВН не готовы к противодействию пассивной радиолокации. Но вслед за появлением на вооружении частей ПВО пассивных комплексов, наверняка, последует ускоренный пересмотр концепции построения бортовой авиационной аппаратуры и, возможно, путей дальнейшего совершенствования боевой авиации в направлении сокращения бортовых излучений, ужесточения режима радиомолчания, что позволит обречь пассивную локацию на бездействие.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать требования к перспективным наземным РЛС ПВО. Они должны обладать:
- скрытностью боевого применения, не позволяющей средствам технической разведки противника обнаруживать радиоизлучение станций и, соответственно, наводить на них высокоточные средства поражения (противорадиолокационные ракеты типа ХАРМ);
- существенно более высокой помехоустойчивостью (при применении любого вида помех, в т. ч. имитирующих сигнал РЛС по всем параметрам);
- способностью парировать технологию Stealth.

РАДИКАЛЬНАЯ МЕРА

Радиолокация, стремительное развитие которой в XX веке привело к созданию целого ряда зенитных ракетных систем (ЗРС), имеет дело с узкополосными и даже монохроматическими сигналами, а диапазон перестройки несущей частоты измеряется единицами процентов. Такое положение исторически было обусловлено простотой оптимальной обработки узкополосных сигналов, стремлением относительно несложными средствами получить большой потенциал радиолокационной станции, добиться возможности "увидеть" воздушный объект при хорошей помехоустойчивости РЛС.

Появление в арсеналах армий ведущих постиндустриальных государств систем высокоточного оружия привело к тому, что возникла проблема обеспечения устойчивости зенитной ракетной обороны. Один из путей ее решения - повышение защищенности ЗРС от воздействия ударных средств ВТО, наводящихся на источник РЛ-излучения. А это, в свою очередь, будет зависеть от повышения скрытности функционирования информационных систем (ИС) зенитных ракетных средств, что при использовании традиционной узкополосной радиолокации к успеху не приводит. Сейчас можно с уверенностью сказать, что она приблизилась к пределу своих возможностей.

Вместе с тем диалектика военного противоборства привела к созданию таких средств ВТО, которые способны выполнять поставленную боевую задачу без захода в зону поражения ЗРВ, при этом продолжается развитие этих средств, улучшаются ТТХ, учитывается опыт локальных конфликтов с применением этих средств. В частности, в настоящее время противорадиолокационные ракеты (ПРР) типа ХАРМ совершенствуются в направлении увеличения дальности их запуска с 80 км до 180 км. Прослеживается очевидная корреляция с увеличением дальней границы зоны поражения аэродинамических целей зенитных ракетных систем, находящихся в настоящее время на вооружении. Учитывая огромную роль, которую отводит вероятный противник уничтожению системы ПВО и, особенно, наземных ЗРС, следует признать огромную важность обеспечения надежной устойчивости зенитного ракетного оружия, что предполагает в первую очередь повышение скрытности функционирования его излучающих систем. К сожалению, существующие на сегодня способы решения этой задачи, а также меры активной и пассивной борьбы с наводящимися на источник РЛ-излучения огневыми средствами ВТО, несмотря на их многообразие, не обладают достаточной эффективностью и не имеют ресурсов для их совершенствования. Вот почему необходим переход на принципиально новые виды зондирующих сигналов, в частности - сверхширокополосные (сверхкороткие), обнаружить которые не удастся как современным, так и перспективным образцам ВТО.

Наиболее простой путь получения СШРС - это использование короткоимпульсных (с длительностями порядка единиц наносекунд) последовательностей радиоимпульсов. Применение мощных зондирующих СШРС обеспечивает требуемую энергетику и дальности действия ИС зенитных ракетных систем, а когерентность излучаемых сигналов обеспечивает возможность эффективной оптимальной обработки эхосигналов от воздушных объектов с использованием всего спектра принятых сигналов и "свертку" его в приемном устройстве РЛС. В отношении СШРС когерентность понимается хотя бы в смысле обеспечения строгого повторения амплитудно-фазовых соотношений от импульса к импульсу.

Разумеется, переход к сверхширокополосному зондированию ВО будет сопровождаться ломкой традиционных представлений, возникновением и, соответственно, учетом новых возникающих эффектов. На всех стадиях получения радиолокационной информации - от формирования зондирующего сигнала до обработки принятого отраженного сигнала - неизбежны дисперсионные явления, наличие которых придется учитывать изначально. Анализ протекающих процессов необходимо производить с качественно новых теоретических позиций.

Так, при синтезе диаграммы направленности антенны (ДНА) надо использовать положения и результаты, относящиеся к теоретическим основам нестационарной электродинамики. Другими будут и алгоритмы оптимальной обработки эхо-сигналов от ВО - не только из-за принципиально нового вида зондирующего сигнала, но и отличий в характере его распространения в атмосфере, иных характеристик пропускания и поглощения различных спектральных составляющих в атмосфере, принципиально нового характера отражения излучения СШРС от объекта. Модуляция принятого эхо-сигнала будет носить ярко выраженный мультипликативный характер. При этом получение максимального объема как координатной, так и некоординатной информации о ВО возможно лишь при кепстральной обработке принятого сигнала. А она заключается в преобразовании мультипликативного сигнала в аддитивную смесь составляющих преобразованного сигнала, обусловленных различными факторами воздействия на зондирующее излучение, с последующей линейной фильтрацией и обратным преобразованием.

Более того, даже при создании теоретической модели СШРС не годятся традиционные характеристики, упрощающие описание узкополосных сигналов, а именно: использование понятий огибающей и фазы сигналов (такое представление характеризуется существенными погрешностями). Строго говоря, такие сигналы не всегда корректно описываются даже с использованием преобразований Гильберта, более общих по сравнению с преобразованиями Фурье, традиционно используемыми для описания радиосигналов. Отказ от традиционного постулата радиотехники - узкополосности зондирующих сигналов - приводит к необходимости пересмотреть многие основополагающие концепции построения РЛ-техники, начиная с принципов излучения, приема и обработки сигналов, анализа рассеяния сигналов РЛ-целями и кончая математическими методами анализа и синтеза РЛС. Непригодными оказываются некоторые узлы узкополосной техники, используемые для формирования, преобразования и приема РЛ-сигналов.

НЕОСПОРИМЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

Однако, несмотря на колоссальные трудности научной проработки и проектирования новых радаров, неоспоримые преимущества при использовании их в качестве излучающих систем ЗРС позволяют выразить уверенность в том, что развитие ИС военного предназначения в XXI веке пойдет по пути перехода к зондированию сверхширокополосными радиосигналами.

Чем же обусловлены эти преимущества?

Во-первых, таким явлением, как отсутствие боковых лепестков ДНА при излучении сверхширокополосного радиосигнала, которое наблюдается экспериментально, но не нашло пока строгого теоретического объяснения. При использовании сверхширокополосных РЛС в качестве информационных средств зенитных ракетных систем это свойство имеет чрезвычайно важное значение с точки зрения обеспечения скрытности и защиты от ударных средств ВТО, наводящихся на источник радиолокационного излучения, например, ПРР типа ХАРМ. Ведь такая ракета обнаруживает радар по боковым лепесткам ДНА. Однако, в случае нахождения ПРР в главном лепестке, ее сможет раньше засечь сама станция, следовательно, есть немало шансов эту ракету уничтожить.

Во-вторых, важное преимущество сверхширокополосных РЛС заключается в способности эффективно реагировать на применение технологии снижения ЭПР целей (Stelth). Это связано с отсутствием интерференции сверхкоротких радиосигналов, отраженных от различных "блестящих точек" объекта. Отраженные от различных "блестящих точек" радиосигналы не перекрываются по времени за счет их сверхмалой длительности и могут быть разрешены отдельно, что существенно повышает возможности по распознаванию ВО радиолокационными средствами. Поскольку ЭПР зависит от длины волны зондирующего сигнала, применение сверхширокополосного сигнала также становится фактором, способствующим увеличению отражающей поверхности цели. Кроме того, следует учитывать, что большинство методов минимизации ЭПР, реализованных в рамках программы Stelth, имеют сугубую частотную зависимость. Достигаемое снижение ЭПР оптимизировано только для определенного, достаточно узкого диапазона длин волн, являющихся рабочими длинами волн современных РЛС ЗРВ. За пределами этого диапазона и, в частности, при использовании сверхширокополосных зондирующих сигналов эффективность технологии Stelth будет в существенной степени снижена.

Еще одно преимущество сверхширокополосных РЛС - качественно более высокий уровень их помехозащищенности по сравнению с современными узкополосными радарами. В силу "размазанности" энергии излучения по широкому спектру отсутствуют возможности выявления работающих станций узкополосными разведывательными приемниками, сверхкороткоимпульсные радиосигналы "не дорастут" до порога их обнаружения в приемном устройстве (высокая скрытность функционирования). Ничего не получится у противника и с постановкой прицельных помех, в т.ч. наиболее эффективных - имитирующих ожидаемый отраженный сигнал по большинству параметров (высокая помехоустойчивость).

Здесь надо сказать вот о чем. Излучаемый радиосигнал не должен иметь регулярную структуру, в противном случае в его спектре будут присутствовать сосредоточенные составляющие большой интенсивности, приводящие к снижению помехозащищенности РЛС. Ибо у противника появляется возможность адаптивно перераспределять спектральную плотность мощности помехи в соответствии с распределением спектральной мощности излученного сигнала, что по эффективности соответствует постановке прицельной помехи.

Другим обстоятельством, позволяющим говорить о достижении качественно более высокого уровня помехоустойчивости при использовании сверхширокополосных РЛС, является различие временной структуры излучаемых ими зондирующих сигналов для наблюдателей, находящихся в различных точках пространства. Временная структура сигнала, достигающего цели, находящейся в направлении максимума диаграммы направленности излучающей антенны РЛС, будет существенно отличаться от временной структуры сигнала, достигающего разведывательного приемника, находящегося в стороне от максимума диаграммы направленности. Даже если представить, что сверхкоротко-импульсный зондирующий сигнал будет обнаружен, противник не сможет в принципе располагать информацией о реальной структуре излучаемого радиосигнала и, соответственно, поставить эффективную помеху, имитирующую временную структуру зондирующего радиосигнала.

Весьма эффективен с точки зрения обеспечения качественно нового уровня помехоустойчивости сверхширокополосных РЛС метод адаптивного приема отраженного от цели сигнала. При этом в качестве гетеродинного сигнала используется отраженный от цели радиосигнал, принятый в результате предыдущего зондирования, включающий всю структуру "блестящих точек" цели. Учитывая, что флюктуации "блестящих точек" цели являются сравнительно низкочастотными, такой способ временной селекции не позволит пропустить на выход приемного устройства сверхширокополосной РЛС какой-либо другой сигнал, не совпадающий по времени с ожидаемым.

Разработка сверхширокополосной РЛС позволит поднять на качественно новый уровень информационное обеспечение зенитных ракетных систем, значительно повысится живучесть ЗРС в условиях современного противовоздушного боя, что, в конечном счете, обеспечит устойчивость группировок ЗРВ и сохранит их боевые возможности в условиях массированного применения ВТО и интенсивной информационной войны.