Прибор предназначен для измерения бистатического коэффициента отражения поглощающих покрытий, рассеивающих композитов и малоразмерных объектов в диапазоне дециметровых и сантиметровых электромагнитных волн с малым углом между приемной и передающей антеннами.
Сотрудники ООО «АПКБ» во главе со своим научным консультантом и наставником разработали устройство для измерения бистатического коэффициента отражения поглощающих покрытий, рассеивающих композитов и малоразмерных объектов. Прибор предназначен для измерения бистатического коэффициента отражения поглощающих покрытий, рассеивающих композитов и малоразмерных объектов в диапазоне дециметровых и сантиметровых электромагнитных волн с малым углом между приёмной и передающей антеннами.
Принцип работы данного устройства основан на дистанционном измерении бистатического коэффициента отражения от контролируемого объекта с подавлением взаимного влияния близкорасположенных антенн и фоновых отражений окружающего пространства. Измерения можно проводить в обычных помещениях, не используя специальных объёмных поглотителей для подавления помех от непрямых трасс распространения электромагнитных волн.
На I Всероссийской научно-практической конференции «Беспилотная авиация: состояние и перспективы развития» в Научно-исследовательском испытательном институте Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушной академии имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (НИИИ РЭБ ВУНЦ ВВС «ВВА»), расположенном в Воронеже, был поднят вопрос о дороговизне процедуры исследования ЭПР.
Для проектирования малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с малой ЭПР целесообразно иметь одну компактную автоматизированную систему, выполняющую весь спектр измерительных задач.
Напомним, что эффективная площадь рассеяния (ЭПР) беспилотного летательного аппарата определяется его формой, размерами и материалами, из которого он изготовлен, а также его ориентацией по отношению к передающей и приёмной антеннам. Это одна из важнейших характеристик, определяющих заметность любого объекта на экранах локаторов. Существенное значение при измерении ЭПР имеют поляризация и частота зондирующей плоской электромагнитной волны. Электромагнитные характеристики материалов и поглощающих покрытий в СВЧ-диапазоне обычно измеряют волноводными методами и методами свободного пространства, а ЭПР летательных аппаратов – радиолокационными средствами. Для проектирования малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с малой ЭПР целесообразно иметь одну компактную автоматизированную систему, выполняющую весь спектр измерительных задач.
Для решения данной задачи Сергей Михайлович Никулин, научный консультант ООО «АПКБ», и предложил использовать новый метод. Устройство разрабатывалось под имеющиеся мощности оборудования и измерительные устройства, поэтому немного ограничено в своих возможностях. В будущем планируется увеличить антенны, поставить более мощные излучатели и ФАР, что даст возможность измерять более крупные объекты и на других частотах, например привязываясь к реальным частотам тех или иных РЛС противника. Кстати, одним из инструментов новой разработки стал ранее запатентованный ООО «АПКБ» «Способ измерения S-параметров объектов в нестандартных направляющих системах».
В процессе работы был создан новый метод измерения электромагнитных характеристик объектов в свободном пространстве, основанных на достижениях в области разработки методов и средств контроля параметров материалов, устройств и электронных компонентов в нестандартных направляющих системах. Принципиальное отличие предлагаемых решений от известных состоит в том, что параметры контролируемых объектов определяются непосредственно относительно их физических границ, что приводит к исключению влияния на получаемые результаты непрямых трасс распространения электромагнитных волн.
Система с рупорно-зеркальными антеннами и стойка для установки и позиционирования антенн
Электромагнитные характеристики объектов в открытом пространстве определяют методами дистанционного зондирования при измерении комплексных коэффициентов отражения и передачи с помощью анализаторов цепей. Обработку получаемой измерительной информации выполняют методами, основанными на преобразовании Фурье и оконной фильтрации. Такие измерения проводят в широкой полосе частот, что предполагает использование достаточно дорогого оборудования, в частности широкополосных антенн.
Новый способ контроля электромагнитных характеристик объектов в открытом пространстве позволяет исключить влияние окружающего пространства и направленных антенн на результаты измерений контролируемых объектов.
Результатом разработки стал компактный антенный полигон, который предназначен для измерения:
- эффективной площади рассеяния (ЭПР) малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (ЛА);
- отдельных частей пилотируемых ЛА (например, только фюзеляжа);
- электромагнитных параметров диэлектрических материалов;
- параметров поглощающих покрытий.
Применяемые алгоритмы обработки измерительной информации позволяют исключить влияние окружающей обстановки на получаемые результаты. Поэтому для организации полигона не требуется дорогостоящая безэховая камера. Всё оборудование можно разместить в обычном помещении.
Компактный антенный полигон для определения электромагнитных параметров материалов, поглощающих покрытий и бистатической эффективной площади рассеяния малоразмерных объектов сформирован на основе способа измерения волновых параметров рассеяния (S-параметров) объектов в нестандартных направляющих системах и в свободном пространстве.
Для реализации измерений в свободном пространстве использовано следующее оборудование:
- векторный анализатор цепей;
- персональный компьютер;
- две рупорно-зеркальные антенны;
- конструкция для крепления и позиционирования антенн;
- устройство позиционирования объектов измерения;
- средства для настройки и калибровки системы и эквиваленты ЭПР.
Для экспериментальной отладки методик измерения были использованы сравнительно узкополосные антенны спутникового телевидения. Такая антенна представляет собой систему из параболического зеркала и рупорной антенны на основе круглого волновода со встроенным преобразователем частот. При доработке антенны преобразователь частот был удалён с заменой на штыревой волноводно-коаксиальный переход. Кроме того, специалисты ООО «АПКБ» проводили эксперименты с многоэлементной фазированной антенной решёткой (ФАР) собственной разработки.
Для установки отражающей пластины было разработано специальное устройство позиционирования, которое позволяет перемещать тестовую пластину по горизонтали и вертикали, а также изменять угол её поворота вокруг вертикальной оси.
Для установки объектов при измерении ЭПР было разработано поворотное устройство, которое состоит из основания, поворотного круга со шкалой углов и элементов для крепления объектов и отражателя, исключающего влияние от элементов конструкции поворотного устройства.
Для калибровки системы по величине ЭПР изготовлены эквиваленты. Они устанавливаются на поворотном устройстве на диэлектрической стойке.
Измерения поверхности БЛА
Используя разработанный метод, были проведены измерения бистатического коэффициента отражения (БКО) от элементов конструкции беспилотного летательного аппарата вертолётного типа «Грач». Измерения выполнены LM-методом в достаточно просторном помещении в диапазоне частот от 8 до 9,6 ГГц. В качестве антенн были использованы фазированные антенные решётки с вертикальной поляризацией зондирующих электромагнитных волн, установленные на подвижной платформе с фиксированным бистатическим углом между приёмной и передающей антенной, равным 150.
«В результате проводимых измерений мы выяснили, что основным определяющим фактором малозаметности данного летательного аппарата являются лопасти несущего винта, – говорит заместитель главного конструктора Владимир Пименов. – Они обладают максимальным бистатическим коэффициентом отражения при горизонтальной поляризации зондирующих электромагнитных сигналов. Помимо лопастей несущего винта, достаточно большие коэффициенты имеют и металлические элементы конструкции летательного аппарата – это прежде всего хвостовая балка, стойки, двигатель и другие элементы конструкции. Как показали выполненные исследования с боковыми и лобовыми стенками фюзеляжа, заметное снижение можно получить с использованием поглощающих покрытий металлических элементов изделия и пластмассовых обтекателей, в которых отсутствуют или сведены к минимуму плоские участки поверхностей».
Разработанный комплекс методов, программных средств, схемотехнических, конструкторских решений и оснастки обеспечивает измерение электромагнитных характеристик плоских образцов материалов, отражающей способности поглощающих покрытий и бистатической ЭПР малоразмерных объектов и позволяет в автоматизированном режиме получить достоверную информацию о параметрах контролируемых изделий.
Выполненные исследования показали перспективность предлагаемых методов и аппаратно-программных средств для решения актуальной практической задачи измерения электромагнитных характеристик малоразмерных объектов в целом и беспилотных летательных аппаратов в частности, а в последующем и крупных объектов.
Людмила Цикина
Опубликовано в газете «ВПК»
№ 50 (863) за 29 декабря 2020 года