Об использовании зенитной радиолокационной станции для обнаружения БВС

Обнаружение беспилотного воздушного судна является первым этапом защиты от него.
Надо ли говорить, что этот этап очень важен, ведь не обнаружишь – не собьешь. В этой статье я поделюсь мнением, как повысить эффективность обнаружения БВС при помощи зенитных, оптимизированных для этих целей, радиолокационных станций.

Борьба с беспилотными воздушными судами (БВС) противника делится на два этапа: обнаружение БВС и его поражение. Самым дальнобойным средством обнаружения БВС является радиолокационная станция (РЛС).

Специализированные РЛС

Уже давно понятно, что для обнаружения БВС нужны специализированные РЛС. Такая необходимость обусловлена тем, что эффективная площадь рассеивания (ЭПР) малых БВС находится в диапазоне 0,01 кв. м, а высота полета может находиться в пределах от 6 км до 15–30 м. При этом надо учитывать, что отражение от подстилающей поверхности на два порядка превышает энергию отражения радиосигнала от корпуса самого БВС.

Первое, что приходит в этом случае на ум, – это использование для обнаружения БВС доплеровской РЛС (90% всех РЛС, используемых для обнаружения БВС, являются доплеровскими РЛС).

Эффект Доплера – это изменение частоты колебаний или длины волны, воспринимаемой наблюдателем при движении источника колебаний и наблюдателя относительно друг друга, математическое представление эффекта Доплера, см. (1).

где: ω₀ – угловая частота, с которой источник испускает волны; с – скорость распространения волн в среде; v – скорость источника волн относительно среды (положительная, если источник приближается к приемнику, и отрицательная, если удаляется).

В технике не бывает однозначных решений, и доплеровская РЛС имеет ряд врожденных недостатков, например:

• если осуществлять пролет БВС по радиусу, совпадающему с центром установки доплеровской РЛС, то эффект Доплера будет полностью отсутствовать;
• если осуществлять полет квадрокоптера с минимальной скоростью в направлении РЛС, то эффект Доплера тоже будет минимальным;
• у импульсных доплеровских РЛС есть еще и "слепые скорости". ("Слепая скорость" – это радиальная скорость перемещения объекта наблюдения, при которой доплеровский сдвиг частоты отраженного от объекта сигнала равен или кратен частоте повторения излучаемых импульсов, что делает невозможным измерение скорости объекта.)

Влияние угла подсветки на обнаружение БВС

Следует обратить внимание на то, что ЭПР любой воздушной цели зависит от угла ее подсветки РЛС (рис. 1, слева). Таким образом, подсветка цели снизу даст гораздо больший отклик, чем ее подсветка с фронтальной части.

Рис. 1. ЭПР воздушной цели в зависимости от угла подсветки ее РЛС (слева), типичная диаграмма излучения РЛС (справа) [1]. Обратите внимание на "мертвую воронку" в зенитной плоскости и ограничения по высоте обнаружения [2]

Отметим еще один момент. Многие РЛС имеют в своей диаграмме наблюдения "мертвую воронку", которая объясняется ограниченными углами излучения антенн РЛС (рис. 1, справа), обычно для РЛС есть ограничение и по минимальной высоте обнаруживаемых целей.

Этих недостатков лишена РЛС, осуществляющая излучение в зенит. При этом у нее нет отражений от земной поверхности, снизу летательные аппараты имеют максимальную ЭПР.

На рис. 3 вверху показано сечение диаграммы излучения зенитной РЛС в вертикальной плоскости, внизу – в горизонтальной плоскости. Таким образом, группа таких РЛС создаст непрерывный радиолокационный барьер со взаимным перекрытием (рис. 4). Для исключения взаимного влияния РЛС № 1 – РЛС № 4 должны работать на разных частотных литерах или в импульсном режиме с разделением по времени. Каждый из таких режимов работы РЛС имеет как свои достоинства, так и недостатки. В данном вопросе имеет больше значение, какие характеристики по импульсной мощности и частотному ресурсу выделит для таких РЛС государственный комитет по радиочастотам (ГКРЧ). Хотелось бы отметить, что каждая РЛС в такой системе может работать на своей частоте и каждая РЛС облучает БВС с разных направлений, что однозначно увеличит вероятность получить облучение БВС с направления, которое имеет максимум ЭПР.

Работа комплекса на разных частотах может привести к резонансному отклику на одной из рабочих частот РЛС (рис. 2). Все это значительно увеличивает вероятность обнаружить БВС даже с малыми ЭПР.

Рис. 2. Зависимость ЭПР от частоты излучения РЛС

Резонансные способы определения БВС основаны на известном явлении резкого возрастания амплитуды отраженного от летательного аппарата (ЛА) зондирующего радиосигнала сигнала с длиной волны, равной удвоенному значению размера корпуса ЛА и/или резонирующих элементов, например крыльев и подвесных конструкций (2).

где: L – геометрический размер ЛА и/или его конструктивных резонирующих элементов (крыльев, фюзеляжа, подвесных конструкций).

Желательно, чтобы все РЛС, о которых мы будем говорить далее, изменяли в процессе сканирования свои частоты для поиска резонансного отклика.

Учитывая высоту полета современных БВС, дальность действия по высоте зенитных РЛС должна быть не менее 6 км. Однако с учетом текущих реалий, скорее всего, эта дальность не превысит 500 м. Тем не менее это позволит решить многие проблемы, связанные с низковысотным полетом БВС. Конечно, при этом периметровые зенитные РЛС придется дополнить обзорной РЛС сантиметрового диапазона.

Поскольку обзорная РЛС плохо справляется с задачей сопровождения БВС (это зависит и от скорости вращения РЛС, и от частотного диапазона ее работы), ее необходимо дополнить миллиметровой РЛС сопровождения, которая может осуществлять сканирование как по азимуту, так и по вертикали (рис. 5).На нашей схеме осталась незакрытой "мертвая воронка", ее необходимо закрыть еще одним излучателем. Конечно, мне очень нравятся РЛС на базе фазированной антенной решетки (ФАР), имеющие сферическую диаграмму направленности (рис. 6).

Рис. 3. Схема работы зенитной РЛС, вверху – в вертикальной плоскости, внизу – в горизонтальной плоскости

Рис. 4. Периметр безопасности объекта, образованный зенитными РЛС

Рис. 5. Зоны сканирования РЛС: зенитных, обзорной, сопровождения

Рис. 6. РЛС на базе ФАР, имеющие сферическую диаграмму направленности

Кроме РЛС, необходимо использовать все доступные нам для обнаружения БВС диапазоны длин волн: оптические (ТВ-камеры с длиннофокусными объективами), инфракрасные (ИК, тепловизоры) и т.д. Тут необходимо отметить, что теле/тепловизионные средства наблюдения наиболее рационально использовать для сопровождения БВС, используя предварительные данные, полученные от РЛС.

Предвижу возражения оппонентов, что предложенная схема построения радиолокационного комплекса, состоящего из трех специализированных РЛС, достаточно дорогостоящее решение.
Да, это так, но в настоящее время иные способы обеспечить обнаружение на значительном расстоянии БВС с ЭПР 0,01 кв. м, атакующие с высоты 15–30 м, я не знаю. Необходимо учитывать, что стоимость и последствия поражения АЭС или НПЗ несопоставимы со стоимостью любых РЛС.

РЛС сопровождения по высоте до 500 м, что исключит влияние отражения сигнала подстилающей поверхности на дальность обнаружения БВС. Применение СВЧ-генераторов направленного действия видится перспективным направлением развития средств подавления БВС.

Список источников

1. [сайт] URL: https://studfile.net/html/ 1549/349/html_7O1SHD2MhG.nPV9/imgoXxCnV.jpg (дата обращения: 09.03.2025).
2. [сайт] URL: https://topwar.ru/uploads/ posts/2018-12/1544356417_rcs-polar-diagram-for-the-f-35-model-seen-from-10-below-at-a-carrier-frequency-of10.png (дата обращения: 09.03.2025).

Иллюстрации предоставлены автором.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 1/2025

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>