Радиоэлектронная разведка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

радиоэлектронный разведка электромагнитный излучение

Радиоэлектронная разведка (РЭР) -- дисциплина сбора разведывательной информации на основе приема и анализа электромагнитного излучения (ЭМИ). Радиоэлектронная разведка использует как перехваченные сигналы из каналов связи между людьми и техническими средствами, так и сигналы работающий радиолокационной станции, станций радиоэлектронной борьбы и тому подобных устройств. Радиоэлектронная разведка ведётся в диапазоне волн от единиц микрометров до десятков тысяч километров. По своим особенностям радиоэлектронная разведка относится к техническим видам разведки.

По оценкам специалистов стран обладающих мощным научно-техническим потенциалом, около 50-60% (иногда 80%) добываемой техническими средствами разведывательной информации базируется на данных, получаемых средствами радиоэлектронной разведки.

Радиоэлектронная разведка классифицируется на радио и радиотехническую разведки (РРТР), радиолокационную (РЛР) и радиотепловую локационную (РТЛР) разведки и разведку побочных электромагнитных излучений и наводок (РПЭМИН). Радиотехническая разведка радиолокационных станций соответствует пассивной радиолокационной разведке. Радиотепловая локационная разведка ведется в спектре радио сигналов приближающемся к оптическому диапазону и, по принципам построения аппаратуры разведки, во многом схожа с оптической разведкой в инфракрасном диапазоне. Разведка побочных электромагнитных излучений по основным принципам выявления, регистрации излучений и перехвата информации во многом схожа с радио и радиотехнической разведкой.

1. Основные виды радиоэлектронной разведки

1.1 Радио и радиотехническая разведки

Определение и запоминание несущей частоты разведываемого радиоэлектронного устройства является одной из наиболее важных функций станции радио и радиотехнической разведки.

Разделяют поисковые и беспоисковые способы определения частоты разведываемых сигналов.

Поисковые способы основаны на перестройке приемника и при значительном времени разведки, позволяют измерить несущую частоту с большой точностью, и обеспечивают высокую разрешающую способность.

Поисковые способы обычно реализуются панорамными разведывательными приемниками. В простейшем случае они представляют собой супергетеродинные приемники, перестраиваемые автоматически или вручную в полосе разведываемых частот.

В зависимости от соотношения периода перестройки и длительности сигнала разведываемого РЭС различают: медленный поиск, быстрый поиск, поиск со средней скоростью.

Беспоисковые способы дают возможность определять несущую частоту практически мгновенно во всем диапазоне разведываемых частот. Сокращение времени разведки частоты на основе беспоисковых способов дается ценой либо ухудшения точности и разрешающей способности, либо увеличения объема аппаратуры.

Приемные устройства, использующие беспоисковые способы определения частоты, обеспечивают одновременный прием сигналов в широком диапазоне рабочих частот без перестройки гетеродинов или фильтров. Время разведки частоты при беспоисковых способах может быть очень малым, т.к. все составляющие спектра принимаемого сигнала выявляются одновременно и практически мгновенно.

1.1.3 Пеленгация радиоэлектронных средств

Беспоисковое определение направления на источник осуществляется многоканальным избирательным устройством. В таком пеленгаторе прием ведется одновременно несколькими остронаправленными антеннами, обслуживающими заданный сектор пространства. Точность определения направления и разрешающая способность при этом ограничиваются шириной диаграммы направленности антенн. Высокая точность пеленгации достигается применением большого количества антенн, а, следовательно, и приемных каналов.

В пеленгаторах может применяться так называемое функциональное пеленгационное устройство, принцип работы которого основывается на функциональной зависимости напряжения на выходе двух или большего числа антенн от направления прихода радиоволн.

Примером такого вида пеленга может быть секторный фазовый радиопеленгатор, в котором применяется фазовый метод измерения угловой координаты.

Поисковые пеленгаторы фиксируют направление на источник излучения путем последовательного просмотра разведываемого пространства. В этом случае измерение пеленга требует некоторого времени.

В пеленгаторах поискового типа угловые координаты источника излучения измеряются с помощью вращающейся остронаправленной антенны. Ее угловое положение, при котором сигнал разведываемого РЭС на выходе пеленгатора достигает максимального значения, соответствует пеленгу источника.

Поиск по направлению может быть быстрым и медленным.

1.2 Радиолокационная разведка

Радиолокационная станция обычно представляет собой сложную радиосистему, включающую целый ряд подсистем: автоматического слежения за целями по дальности, угловым координатам, скорости и др. Станция радиолокационной разведки состоит из радиопередающего устройства, антенно-фидерного устройства, радиоприемного устройства, устройства отображения информации и управляющего устройства.

Рисунок 2. Структурная схема РЛС

Радиопередающее устройство, предназначено для формирования излучаемых сигналов, зондирующих пространство.

Антенно-фидерное устройство, предназначено для излучения и приема радиоволн.

Радиоприемное устройство, обеспечивает усиление, селекцию и необходимое преобразование сигналов, несущих информацию о целях.

Устройство отображения информации, позволяет представить информацию в виде удобном для получателя.

Управляющее устройство, сигналы которого воздействуют на передатчик, приемник, устройство отображения и определяют вид излучаемых колебаний, а также характер обработки принятых сигналов в приемнике и устройстве отображения.

1.2.3 Основные показатели станций радиолокационной разведки

Зона обзора это область пространства, в пределах которой ведется обнаружение целей и слежение за ними. Она характеризуется максимальной r_макс и минимальной r_мин дальностями действия РЛС, а также секторами обзора Ф_аз в вертикальной и Ф_у.м. горизонтальной плоскостях. Дальность действия может лежать в пределах от десятков сантиметров до миллионов километров, секторы обзора по углам составляют от единиц до сотен градусов. Важным показателем РЛС является период обзора Т_обз., характеризующий длительность одного просмотра зоны обзора. Чем меньше период обзора, тем быстрее воспроизводится наблюдаемая с помощью РЛС обстановка. Значения периода обзора могут лежать в пределах от десятых долей до сотен секунд.

В зависимости от количества одновременно наблюдаемых целей РЛС делятся на: многоцелевые и одноцелевые. Точность определения координат характеризуется значениями ошибок измерения. Ошибки возникают под воздействием внутренних и внешних помех, в процессе распространения радиоволн в среде, могут быть методическими, связанными с допущениями и приближениями, характеризующими принцип измерения, из-за инерционности аппаратуры, ее неисправностей и несовершенства и т.п

Разрешающая способность РЛС характеризует возможность раздельного обнаружения и измерения координат одновременно наблюдаемых целей. Определяется минимальным различием дальностей (r) = r1r2 двух целей, их угловых координат () = 12 либо радиальной скорости (_р) = _р 1_р 2, при которых обеспечивается обнаружение обеих целей с заданными значениями вероятностей правильного обнаружения или измерение координат с заданной точностью. Особое значение имеет высокая разрешающая способность при картографировании земной поверхности.

Помехозащищенность характеризует способность РЛС противостоять радиоразведке и выполнять свои функции в условиях действия естественных и специально организованных радиопомех (в условиях радиоэлектронного противодействия). Для станций различного назначения, в зависимости от мощности, режима работы, места установки похожие характеристики по абсолютной величине могут отличаться на несколько порядков.

1.3 Радиотепловая разведка

Радиотепловая разведка ведется путем приема естественного теплового излучения (электромагнитного) объектов и местности (целей) в радиодиапазоне и анализа полученного за счет этого излучения изображения. К главным задачам радиотепловой разведки относится обнаружение и определение координат наземных, надводных, подводных, воздушных и космических целей, путем разведки из космоса ведется обзорное наблюдение за окружающей средой и земной поверхностью.

Наблюдение и измерение СВЧ излучения Земли со спутников методами радиотеплолокации имеет большое значение для метеорологии, океанологии и физических исследований и т.д.

Радиотеплолокационные станции (РТЛС), во многом схожи с РЛС. Различие РТЛС и РЛС связано лишь с природой используемых радиоизлучений. По мере приближения РТЛ к диапазону субмиллиметровых волн РТЛС получают большее сходство с инфракрасной техникой, чем с РЛС в их современном виде.

1.3.1 Сущность теплового радиоизлучения

Физическая сущность радиотеплового излучения заключается в преобразовании внутренней тепловой энергии излучающего тела в энергию электромагнитного поля, распространяющегося за пределы излучающего тела. Это преобразование выполняется множеством элементарных осциляторов, возбуждаемых тепловым движением микроскопических частиц вещества. Такими осциляторами могут быть атомы, электроны, ионы, а также молекулы обладающие свойствами электрической или магнитной полярности.

Важнейшим законом теплового радиоизлучения является закон, определяющий связь спектральной плотности излучения абсолютно черного тела с температурой и длиной волны выражаемый формулой Планка.

Чтобы оценивать возможность обнаружения радиотепловых излучений, нужно знать их энергетические характеристики и диаграммы направленности. В отличие от диаграмм направленности радиолокационного переизлучения, имеющего для большинства объектов изрезанную лепестковую структуру, диаграммы направленности радиотеплового излучения обладают большей равномерностью.

1.3.2 Прием теплового радиоизлучения

Радиотепловые сигналы обладают рядом специфических особенностей. Основными из них являются широкополосность, отсутствие регулярных составляющих и очень низкая спектральная плотность.

Радиоприемные устройства, применяемые в радиотеплолокации и предназначенные для регистрации радиотепловых сигналов, называют радиометрами или радиометрическими приемниками.

Основная функция радиометра сводится к обнаружению и измерению параметров радиотепловых сигналов, мощность которых на входе не превышает 10????10??? Вт.

На рис. 3 показана функциональная схема простейшего радиометра

Рисунок 3. Функциональная схема простейшего радиометра

Для увеличения мощности радиотеплового сигнала полосу пропускания УВЧ стремятся сделать возможно более широкой. Выходное напряжение детектора, кроме постоянной составляющей, содержит интенсивную шумовую составляющую, для подавления которой служит ФНЧ.

Рисунок 4. Влияние ширины полосы пропускания по ВЧ и НЧ на уровень шума на выходе радиометра

1.3.3 Станции радиотепловой разведки

РТЛС разделяют на обзорные и следящие.

Обзорные РТЛС включают те же элементы, что и обзорные РЛС, за исключением передатчика, антенного переключателя и синхронизатора. В обзорных РТЛС наиболее часто применяются диаграммы направленности антенны игольчатого типа, и осуществляется строчный (растровый), спиральный или циклоидный обзор. Возможности электронного сканирования обеспечивают антенны поверхностного типа: зеркальные параболические и линзовые антенны, а также многоэлементные синфазные антенны.

При однострочном обзоре, применяемом в бортовых обзорных РТЛС, игольчатый луч сканирует в плоскости, перпендикулярной продольной оси летательного аппарата, обеспечивая обзор по обеим сторонам от траектории полета. Обзор вдоль направления осуществляется за счет движения летательного аппарата.

Следящие РТЛС предназначены для автоматического сопровождения одиночных радиотепловых целей по угловым координатам. Формируемые напряжения пропорциональны угловому рассогласованию между осью вращения диаграммы направленности антенны и направлением на пеленгуемый источник.

2. Радиоэлектронное противодействие и радиомаскировка

Радиоэлектронное противодействие и радиомаскировка - это мероприятия по активному и пассивному подавление радиоэлектронных средств и систем противника с целью снижения эффективности их работы, а также мероприятия по защите объектов, радиоэлектронных средств и систем направленные на снижение (исключение) их доступности средствам радиоэлектронной разведки. Для маскировки самое главное выбор способа обеспечения незаметности сигнала маскируемого радиоэлектронного средства (системы). Малые уровни мощности сигнала, доступного средству разведки, позволяют не применять мер по защите или допускают применения пассивных средств маскировки. Если пассивных способов и средств обеспечения незаметности не достаточно, приходится противодействовать, средствам разведки, применяя активные маскирующие помехи или ложные (с целью дезинформации и дезориентации разведки) сигналы. Применение активных способов защиты требует учета влияния маскирующих помех на собственные РЭС. Для разных систем в разных тактических ситуациях учет влияния активной маскировки на собственные РЭС должен проводиться по разному.

2.1 Радиомаскировка

2.1.1 Пассивная радиомаскировка

Целью пассивной радиомаскировки является снижение энергии сигнала, доступного средству разведки, с целью уменьшения его заметности. Для этого есть по крайней мере несколько путей:

1) нужно проектировать защищенные системы так, чтобы они работали с возможно меньшими уровнями излучения. Такой эффект достигается за счет правильного выбора структур и свойств сигналов, а также надлежащих способов обработки сигнала в приемниках.

2) нужно использовать широкополосные сигналы (сигналы с большой базой В=fТ1). Такие сигналы позволяют обеспечить большую параметрическую неопределенность для приемника средств разведки.

3) нужно снижать уровни побочных и непреднамеренных излучений радиоэлектронных систем и средств объектов разведки. Для основных излучений следует предусматривать пространственную развязку с приемниками средств разведки.

Два первых способа, безусловно, относятся к системной проблеме создания средств, защищенных от разведки, но выходят за рамки собственно конфликтного взаимодействия РЭР и РЭМ. Иное дело специальные способы снижения уровней непреднамеренных, побочных и вторичных (отраженных) излучений.

Побочные излучения создаются любыми радио- и телекоммуникационными системами за счет излучений на гармониках и субгармониках несущей, на комбинационных частотах различных колебаний, используемых для формирования основного излучаемого сигнала. В радиопередатчиках побочные излучения создаются также антеннами (излучениями по боковым лепесткам диаграмм направленности) и фидерным трактом. Характерно, что все эти излучения лежат вне основной пространственно-частотной полосы излучения маскируемых от разведки сигналов.

Непреднамеренные излучения создаются паразитными колебаниями, возникающими в электронных схемах устройств и приходятся на основную полосу спектра полезного сигнала, но тогда, когда этих излучений быть не должно. Например, при контроле и испытаниях, настройке и регулировке, регламентных работах на аппаратуре маскируемых радиоэлектронных систем и средств, при неисправностях возникающих из-за старения радиоэлементов и т.д.

Вторичные (отраженные) излучения создаются при активном воздействии на разведываемое средство сигналами различной частоты и формы. Это могут быть отраженные от объектов разведки излучения радиолокационных станций.

Основные технические меры снижения побочных, непреднамеренных и вторичных излучений при защите РЭС от средств радио- и радиотехнической разведок предусматривают: подавление паразитных генераций - источников побочных излучений, экранирование аппаратуры от внешних электромагнитных полей и для ослабления собственных излучений и фильтрацию помех.

Подавление источника помехи осуществляется оптимальным конструированием электрических схем и разводкой печатных плат с учетом требований минимизации паразитных генераций, создаваемых внутренними элементами устройств и схемотехникой. Эти меры включают уменьшение числа заземленных контуров, развязку цепей электропитания, устранение излучающих проводников, реконструкцию или устранение особенно шумящих (генерирующих) цепей.

Экранирование является конструктивным средством ослабления любых излучений и имеет большое значение как с точки зрения требований по восприимчивости к помехам, так и по предотвращению излучений информационных сигналов на основных частотах и за счет паразитных генераций.

Фильтрация является основным и эффективным средством подавления (ослабления) помех в цепях электропитания и заземления, в сигнальных цепях. Помехоподавляющие фильтры позволяют снизить помехи, как от внешних, так и от внутренних источников помех.

Для маскировки от средств радиолокационной разведки нужно уменьшать уровень отраженного сигнала или, что то - же самое, снижать эффективную поверхность рассеяния цели (ЭПР). Последнее достигается как за счет использования специальных малоотражающих форм объектов разведки, так и за счет применения мер по увеличению поглощения электромагнитной энергии целями (за счет применения специальных покрытий и других способов и средств).

2.1.1.1 Экранирование

Экранирование является одним из основных путей снижения влияния внешних электромагнитных полей и уменьшения собственных побочных и непреднамеренных излучений при защите РЭС и кабельных линий связи от средств радио- и радиотехнической разведок, средств радиоэлектронной разведки устанавливаемых на кабельных линиях связи и вблизи излучающих разведываемых объектов.

Экранируют кабели, в которых циркулирует защищаемая информация, отдельные узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры. Экранирование применяют и к радиоэлектронным системам целиком, создавая для этого специальные помещения, здания и сооружения. В полевых условиях для экранирования используют токопроводящие сетки и накидки.

Теоретическое решение задачи экранирования, определение значений напряженности полей в общем случае чрезвычайно затруднительно, поэтому в зависимости от типа решаемой задачи представляется удобным рассматривать отдельные виды экранирования: электрическое, магнитостатическое и электромагнитное. Последнее является наиболее общим и часто применяемым, так как в большинстве случаев экранирования приходится иметь дело либо с переменными, либо с флуктуирующими и реже - действительно со статическими полями. Далее рассмотрены несколько таких частных случаев.

Физическая основа экранирования электрических полей:

Для осуществления электростатического экранирования используется явление электростатической индукции. Если источник электростатического поля защищен металлическим экраном, то в результате индукции на внутренней и внешней поверхности экрана произойдет разделение электрических зарядов (рис 5,а). При этом в стационарном режиме в любой момент времени внешняя поверхность экрана является носителем того же знака, что и источник (ИН). Если экран не заземлен, то рецептор наводки (РН) будет также подвержен воздействию поля источника наводки (ИН), как и при отсутствии экрана.

Рисунок 5

При заземлении экрана заряд, индуцированный на внешней поверхности экрана, отводится на корпус прибора или землю, и поле вне экрана становится равным нулю (рис. 5,б). Таким образом, электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования.

Экранирующие материалы и конструкции экранов:

Для экранирования электрических полей используют материалы с высокой электропроводностью. Экранировать магнитные поля более сложно, поскольку затухание из-за отражения равно нулю для некоторых сочетаний материалов и частот. С уменьшение частоты ослабление магнитного поля из-за отражения и поглощения в немагнитных материалах (например, в алюминии) падает, поэтому трудно создать магнитный экран из немагнитных материалов. На высоких частотах, где экранирование обеспечивается и поглощением и отражением, выбор материала менее критичен. Магнитные материалы обеспечивают лучшее экранирование от плоских волн за счет поглощения, в то время как электропроводящие материалы - за счет отражения.

Хорошее качество экранирования требует очень высокой однородности экранов, т.е. постоянства их проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемости. При надлежащем выборе параметров сплошной непрерывный металлический экран подавляет на 100 дБ и более излучения любой частоты в диапазоне от постоянного тока до видимого света. Но непрерывность экранов нарушается стыками сопрягаемых деталей и элементами конструкции (паяными и сварными швами, винтами, заклепками и отверстиями под них), а также отверстиями для ввода и вывода кабелей, вентиляции, освещения экранируемого пространства. Все эти конструктивные и технологические неоднородности нарушают качество экранирования и даже работают как антенны. Для уменьшения излучения (увеличения затухания) щелями и стыками сплошных элементов экрана, размеры и конфигурацию щелей выбирают так, чтобы они работали подобно запредельным волноводам на частотах экранируемых полей.

2.1.1.2 Фильтры

Ни одно радиоэлектронное средство или система, имеющие связь с «внешним миром» через специальные (антенны, линии связи) и потенциальные (внешние технологические провода и линии) излучатели, не может быть надежно маскировано от средств радиоэлектронной разведки только электромагнитными экранами. В качестве дополнительной защиты изделий и объектов, для устранения влияния внешних электромагнитных излучений и исключения (ослабления) собственных нежелательных излучений (далее помех) используют электрические фильтры.

Основное назначение фильтров - пропускать только полезный сигнал и отсекать сигналы побочных, непреднамеренных и вторичных излучений в определенном частотном диапазоне, с целью предотвратить, полезные для разведки, излучения в цепи, линии, а через них и в пространство. А так же ограничить возможности радиоэлектронной разведки по снятию информации за счет переизлучений, при проникновении случайных, или активно навязываемых (в направлении объектов разведки) высокочастотных сигналов.

Устанавливаются фильтры в направлении антенно-фидерных устройств и систем телекоммуникаций, в направлении систем электропитания и заземления и т.п. Межблочные фильтры устанавливаются внутри защищаемого оборудования, межсистемные фильтры устанавливаются на объектах, в том числе в экранируемых помещениях, в местах подвода телекоммуникационных проводов, проводов питания и заземления. Затухание, вносимое фильтром, косвенно связано с затуханием, обеспечиваемым экранируемым объектом.

Классы помехоподавляющих фильтров:

В соответствии с расположением полосы пропускания фильтра относительно полосы подавления помехи в частотном спектре различают четыре класса помехоподавляющих фильтров:

Ш фильтры нижних частот;

Ш фильтры верхних частот;

Ш полосовые фильтры;

Ш режекторные фильтры.

Ниже приведены амплитудно-частотные характеристики основных типов помехоподавляющих фильтров.

Рисунок 6. Амплитудно-частотные характеристики помехоподавляющих фильтров (НЧ, полосового, ВЧ и режекторного)

Для решения конкретных задач по обеспечению надежности функционирования, совместимости, помехозащищенности аппаратуры чаще всего используют режекторные и полосовые фильтры. Для обеспечения помехозащищенности информационных сигналов и защиты информации обрабатываемой в технических средствах по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок, как правило, используются широкополосные LC фильтры нижних частот, а также ферритовые помехоподавляющие изделия, комплексные кабельные изделия с элементами защиты и элементы защиты средств отображения информации (просветленные электромагнитные фильтры - экраны) и др.

Возможно применение активных фильтров на основе микросхем (операционных усилителей). Это может быть целесообразно в тех случаях, когда пассивные LC фильтры становятся очень громоздкими при понижении частоты среза до звуковых частот, когда даже при выборе относительно малой емкости (например, 0,01 мкФ) дроссель становится несоизмеримо большого размера и массы. В активном фильтре операционный усилитель преобразует импеданс подключаемой к нему RC цепи так, что устройство ведет себя как индуктивность.

Таблица 1. Критерии выбора схемы помехоподавляющего фильтра

2.1.1.3 Маскировка от средств РЛР