Радиолокационно-тепловой имитатор цели
Владельцы патента RU 2765485:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский испытательный институт инженерных войск имени Героя Советского Союза генерал-лейтенанта инженерных войск Д.М. Карбышева" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области военного дела, а более конкретно к средствам имитации движущейся военной техники и может применяться при инженерном оборудовании ложных путей выдвижения войск из районов расположения. Технический результат состоит в обеспечении имитации движущейся техники с расширением рабочего диапазона частот и повышении эксплуатационных характеристик за счет снижения зависимости конструктивного исполнения от воздействия внешних факторов. Для этого радиолокационный отражатель выполнен биконической формы, в виде двух усеченных конусов, соединенных под прямым углом меньшими основаниями, опорный пояс, одеваемый на верхний торец монтажной стойки, установлен внутри радиолокационного отражателя по месту соединения усеченных конусов, обтюратор установлен на большом основании верхнего усеченного конуса, при этом на обтюраторе шарнирно установлен регулятор вращения, имеющий ручку и систему открылков, 3/4 наружной поверхности большого основания нижнего усеченного конуса содержит диэлектрическое покрытие, при этом каждая четверть покрытия имеет свою толщину. 2 ил.
Изобретение относится к области военного дела, а более конкретно к средствам имитации движущейся военной техники и может применяться при инженерном оборудовании ложных путей выдвижения войск из районов расположения, на рубежи атаки (контратаки), к местам ложных переправ и на них, а также в ложных районах сосредоточения и исходных в интересах обеспечения показа жизнедеятельности войск при ведении противником воздушно-космической и наземной разведки средствами инфракрасной (тепловой) и радиолокационной разведок с селекцией движущихся целей.
Известно устройство имитатора движущейся техники - аналог (Рухляда П.С., Соловьев С.Т. Табельные средства маскировки (тактико-технические характеристики, рекомендации по применению) - М.: изд. ВИА, 1988), состоящего из уголковых отражателей, кабеля питания и источника электроэнергии (электростанции).
Недостатком данного устройства является зависимость от внешнего источника электропитания (исправность подводящих кабелей, соединительных разъемов, наличие топлива для электростанции, обязательное обеспечение необходимых параметров, таких как величина напряжения, сила и частота тока). Кроме этого его конструктивное исполнение позволяет осуществлять имитацию демаскирующих признаков только в радиолокационном диапазоне спектра электромагнитных волн (далее - ЭМВ).
Известно устройство имитатора движущейся военной техники - прототип (Патент на полезную модель RU154830), состоящий из уголковых радиолокационных отражателей, установленных на штангах, каталитических фитильных печей (источников теплового излучения), тканого переизлучателя, выполненного в виде конусообразного пустотелого усеченного раструба, каркаса, на который устанавливается переизлучатель, опорной плиты и монтажной стойки.
Недостатками такого устройства являются:
- зависимость угловой скорости вращения уголковых отражателей от сопротивления воздуха, порывов ветра, падающего (налипающего) снега и т.п.;
- невозможность имитировать объекты, движущиеся на повышенных скоростях;
- невозможность имитировать движение техники в дециметровом диапазоне излучения спектра ЭМВ.
Необходимо иметь в виду, что при ведении разведки в дециметровом диапазоне ЭМВ, уголковые отражатели, принятые в настоящее время на снабжение не работают, и для того, чтобы они имитировали военную технику их нужно делать значительными по своим габаритным размерам, что приведет к увеличению металлоемкости, парусности конструкции и увеличению ее массы в целом.
Целью изобретения является обеспечение имитации движущейся техники с расширением рабочего диапазона до дециметрового включительно, и повышение эксплуатационных характеристик за счет конструктивного исполнения, позволяющего снизить зависимость от воздействия внешних факторов.
Указанная цель достигается тем, что в предложенном техническом решении радиолокационно-теплового имитатора движущейся техники, оно содержит радиолокационный отражатель, выполненный биконической формы, в виде двух усеченных конусов, соединенных под прямым углом меньшими основаниями, опорный пояс, одеваемый на верхний торец монтажной стойки, установленный внутри радиолокационного отражателя по месту соединения усеченных конусов, обтюратора, установленного на большом основании верхнего усеченного конуса, при этом на обтюраторе шарнирно установлен регулятор вращения, имеющий ручку и систему открылков, 3/4 наружной поверхности большого основания нижнего усеченного конуса содержит диэлектрическое покрытие, при этом каждая четверть покрытия имеет свою толщину L, изменяемую через 90° и определяется из соотношения:
,
где С - скорость света;
εr - абсолютная диэлектрическая проницаемость;
W - несущая частота радиосигнала;
N - 1, 2, 3.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими изображениями:
- на фиг. 1, 2 показан общий вид имитатора цели;
- на фиг. 3…6 показаны узлы и сечения, поясняющие его конструктивное решение.
Предложенный радиолокационно-тепловой имитатор цели 1 (фиг. 1…6) состоит из каталитических фитильных печей 2, каркаса 3, переизлучателя 4 из тканого материала с конусообразным раструбом 5, опорной плиты 6, монтажной стойки 7, опорного пояса 8, обтюратора 9 и радиолокационного отражателя 10. В предложенном радиолокационно-тепловом имитаторе цели 1, радиолокационный отражатель выполнен биконической формы, в виде двух усеченных конусов, соединенных под прямым углом меньшими основаниями, опорный пояс 8, одеваемый на верхний торец монтажной стойки 7, установлен внутри радиолокационного отражателя по месту соединения усеченных конусов, обтюратор 9 установлен на большом основании верхнего усеченного конуса 11, при этом на обтюраторе шарнирно установлен регулятор вращения 12, имеющий ручку 13 и систему открылков 14. В предложенном радиолокационно-тепловом имитаторе цели 1, 3/4 наружной поверхности большого основания нижнего усеченного конуса содержит диэлектрическое покрытие 15, при этом каждая четверть покрытия имеет свою толщину L, изменяемую через 90° и определяется из соотношения:
,
где С - скорость света;
εr - абсолютная диэлектрическая проницаемость;
W - несущая частота радиосигнала;
N - 1, 2, 3.
Сборка и свертывание радиолокационно-теплового имитатора цели производится по аналогии с прототипом.
Работает имитатор цели следующим образом. Вращение биконического радиолокационного отражателя 10 в горизонтальной плоскости происходит за счет восходящего теплового потока от каталитических фитильных печей 2 (температура печей достигает 600°С), проходящего через переизлучатель с конусообразным раструбом и обтюратор 9 (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Справочное пособие. Том 6 - М.: изд. Наука, 1981), установленный на большом основании верхнего конуса 11, а также через регулятор вращения 12, шарнирно установленный на обтюраторе. Регулятор вращения имеет ручку 13 и систему открылков 14, которые вращаясь вокруг оси шарнирного закрепления на обтюраторе 9, могут частично или полностью открывать (закрывать) отверстия обтюратора, что позволяет изменять угловую скорость вращения отражателя, тем самым имитируя движение техники на различных скоростях. Радиолокационный сигнал, попадая на биконическую поверхность отражателя, производит обратное отражение, причем, так как отражатель вращается, то сигнал будет поочередно отражаться как от поверхности нижнего конуса без диэлектрического покрытия, так и с диэлектрическим покрытием различной толщины. Учитывая, что скорость распространения ЭМВ в различных средах различна и зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости, определим время ее задержки при работающем имитаторе.
Скорость распространения ЭМВ в воздухе: V=С.
В диэлектрике скорость ЭМВ равна:
где Mr - абсолютная магнитная проницаемость.
Уменьшение скорости ЭМВ оценивается коэффициентом n.
Учитывая, что в диэлектрике Mr=1, получим 
то есть 
, но в свою очередь 
,
где L - путь ЭМВ, пройденный в диэлектрике;
t3 - время задержки ЭМВ.
Получим: 
Рассматривая общее выражение амплитудно-моделированного радиосигнала как:
где w - несущая частота;
t - текущее время;
ϕOT - начальная фаза;
A(t) - огибающая радиосигнала,
произведем подбор материала покрытия для абсолютной диэлектрической проницаемости к тангенсу угла потерь (Степанов Ю.Г. Противорадиолокационная маскировка. - М.: изд. «Советское радио», 1968).
Рассмотрим частные случаи работы предлагаемого имитатора:
а) покрытия нет, L=0
электромагнитная волна:
б) покрытие имеет толщину L1
так как 
то
в) покрытие имеет толщину L2
г) покрытие имеет толщину L3
Получаем общую картину работы имитатора:
При отражении от имитатора величина фазового сдвига ЭМВ увеличивается дискретно с шагом π/2, при этом интервал изменений сдвига от 0 до 2π; повторяется периодически.
Отсюда толщина диэлектрического покрытия определяется как:
Использование предлагаемого технического устройства по сравнению с прототипом, позволяет обеспечить имитацию демаскирующих признаков движущейся военной техники, расширив радиолокационный диапазон спектра ЭМВ, в котором работают РЛС противника с селекцией движущихся целей. Наличие регулятора вращения на обтюраторе обеспечивает возможность изменения угловой скорости вращения отражателя и тем самым имитацию движения техники на различных скоростях ее движения по колонным путям. Исполнение отражателя в биконической форме обеспечивает постоянство динамических нагрузок при любой угловой скорости вращения. Это особенно приобретает значение в настоящее время, так как является условием обеспечения живучести войск за счет повышения скорости движения колонн техники на открытых участках местности.
Наличие нанесенного на поверхность нижнего конуса диэлектрического покрытия, которое на каждом секторе размером в π/2 имеет свою толщину, обеспечивает сдвиг частоты Доплера, по которому осуществляется выделение радиолокационными средствами разведки движущейся цели в отличие от неподвижно расположенной на местности. Сравнивая конструктивное исполнение и размер биконического отражателя и отражателей прототипа, можно сделать вывод, что момент инерции прототипа, превосходит момент инерции предложенного решения, так как расстояние до центра вращающихся масс различно, и, следовательно, конструкция прототипа более инертна при прочих равных условиях. Данное преимущество позволяет отражателю работать в дециметровом диапазоне излучения ЭМВ традиционным способом. Развитие тепловых средств разведки позволяет противнику распознать имитатор (прототип) как ложную цель, так как практически все газовыхлопные коллекторы военной техники имеют значительные размеры в отличие от размеров обтюратора прототипа. Поэтому создание обтюратора, по своим размерам сопоставимого с коллектором реальной техники и установленного на большом основании верхнего конуса, значительно повышает эффективность его применения. При этом температура обтюратора, отражателя и переизлучателя будет иметь различные параметры, что также отвечает реальной действительности.
Готовность предложенного технического устройства к реализации характеризуется наличием производственных мощностей по изготовлению используемых металлических деталей и узлов (предприятия промышленности с наличием токарно-фрезерных цехов, ремонтные предприятия автомобильной и тракторной техники, парковое оборудование воинских частей), тканых материалов с высоким коэффициентом теплопроводности. Область применения таких материалов разнообразна. Они используются для пошива спецодежды и чехлов, в качестве технических тканей и выпускаются в широком ассортименте отечественной промышленностью, а также наличием диэлектрика (полистирол, эпоксидные смолы (ООО НПП «ЯрЛи», г. Ярославль) и каталитических фитильных печей КФП-1-180.
Теоретические исследования, проведенные в процессе разработки технического устройства, подтвердили, что в современных условиях по основным тактико-техническим характеристикам и по критерию оценки «эффективность боевого применения - стоимость» предложенное техническое решение имеет показатели примерно в 1,5…2,0 раза выше по сравнению с известными аналогами.
Радиолокационно-тепловой имитатор цели, содержащий каталитические фитильные печи, расположенные в каркасе, на котором установлен переизлучатель из тканого материала с конусообразным раструбом, между каталитическими фитильными печами установлена опорная плита с монтажной стойкой, расположенная в конусообразном раструбе переизлучателя, радиолокационный отражатель и обтюратор, отличающийся тем, что радиолокационный отражатель выполнен биконической формы, в виде двух усеченных конусов, соединенных под прямым углом меньшими основаниями, опорный пояс, одеваемый на верхний торец монтажной стойки, установлен внутри радиолокационного отражателя по месту соединения усеченных конусов, обтюратор установлен на большом основании верхнего усеченного конуса, при этом на обтюраторе шарнирно установлен регулятор вращения, имеющий ручку и систему открылков, 3/4 наружной поверхности большого основания нижнего усеченного конуса содержит диэлектрическое покрытие, при этом каждая четверть покрытия имеет свою толщину L, изменяемую через 90° и определяется из соотношения:
,
где С - скорость света;
εr - абсолютная диэлектрическая проницаемость;
W - несущая частота радиосигнала;
N - 1, 2, 3.
