Полуактивная радиолокационная система самонаведения ракет

Введение

Тип системы наведения ракет

Полуактивное радиолокационное наведение (SARH) — распространенный тип системы наведения ракет, возможно, наиболее распространенный для ракетных комплексов воздух-воздух и поверхность-воздух большой дальности. Название отражает тот факт, что сама ракета является лишь пассивным приемником радиолокационного сигнала, излучаемого внешним ("внебортовым") источником и отраженного от цели (в отличие от активного радиолокационного наведения, которое использует собственный активный радиолокационный передатчик). Полуактивные ракетные системы используют бистатическую радиолокационную станцию непрерывного излучения. Краткий код НАТО для запуска ракеты с полуактивным радиолокационным наведением — "Fox One".

Концепция

Основная концепция SARH заключается в том, что поскольку почти все системы обнаружения и сопровождения состоят из радиолокационной системы, дублирование этого оборудования на самой ракете избыточно. Вес передатчика уменьшает дальность полета любого летательного аппарата, поэтому пассивные системы обладают большей дальностью. Кроме того, разрешение радара тесно связано с физическим размером антенны, и в небольшом носовом обтекателе ракеты недостаточно места для обеспечения необходимой точности для наведения. Вместо этого большая радиолокационная антенна, расположенная на земле или на самолете-носителе, обеспечит необходимый сигнал и логику сопровождения, а ракета должна лишь принимать сигнал, отраженный от цели, и направлять себя в правильном направлении. Дополнительно, ракета будет принимать сигнал, передаваемый стартовой платформой, в качестве опорного, что позволит ей избежать некоторых видов радиолокационных помех, создаваемых целью. Система SARH определяет скорость сближения, используя геометрию траектории полета, показанную на рисунке 1. Скорость сближения используется для определения частотного положения для принимаемого CW-сигнала, показанного в нижней части схемы (спектра). Угол отклонения антенны ракеты устанавливается после захвата цели головкой самонаведения ракеты, используя положение в спектре, определенное на основе скорости сближения. Антенна головки самонаведения ракеты является моноимпульсным радиолокационным приемником, который производит измерения угловой ошибки, используя фиксированное положение. Управление траекторией полета осуществляется путем передачи навигационной информации в систему управления (хвостовое оперение или поворотный ракетный двигатель) на основе угловых ошибок, выдаваемых антенной. Это направляет корпус ракеты, удерживая цель вблизи центральной линии антенны, в то время как антенна удерживается в фиксированном положении. Геометрия угла отклонения определяется динамикой полета с использованием скорости ракеты, скорости цели и расстояния между ними. Методы практически идентичны при использовании сигналов помех, оптического видео сопровождения и инфракрасного излучения для самонаведения. Максимальная дальность увеличивается в системах SARH за счет использования навигационных данных в аппаратуре самонаведения для увеличения дальности полета до момента, когда потребуется отслеживание антенной для точного наведения на цель. Навигация опирается на данные об ускорении, гироскопические данные и данные глобального позиционирования. Это максимизирует дальность за счет минимизации корректирующих маневров, которые расходуют энергию полета. В отличие от систем наведения по лучу, таких как RIM-8 Talos, в которых радар направлен на цель, а ракета удерживается в центре луча, принимая сигнал с задней части корпуса ракеты. В системе SARH ракета принимает отраженный сигнал на носу и все еще отвечает за обеспечение некоторого рода "выпрежения" при наведении. Недостатки систем наведения по лучу двояки: во-первых, радиолокационный сигнал имеет "веерообразную" форму, расширяется и, следовательно, становится менее точным с увеличением расстояния. Это означает, что система наведения по лучу не является точной на больших дальностях, в то время как SARH в значительной степени не зависит от дальности и становится более точной по мере приближения к цели или источнику отраженного сигнала, который она принимает. Сниженная точность означает, что ракета должна использовать очень большую боевую часть, чтобы быть эффективной (например, ядерную). Другое требование заключается в том, что система наведения по лучу должна точно отслеживать цель на высоких скоростях, обычно требуя одного радара для отслеживания и другого, более "узкого" луча для наведения. Системе SARH требуется только один радар, работающий в более широком диапазоне.

The basic concept of SARH is that since almost all detection and tracking systems consist of a radar system, duplicating this hardware on the missile itself is redundant. The weight of a transmitter reduces the range of any flying object, so passive systems have greater reach. In addition, the resolution of a radar is strongly related to the physical size of the antenna, and in the small nose cone of a missile there isn't enough room to provide the sort of accuracy needed for guidance. Instead the larger radar dish on the ground or launch aircraft will provide the needed signal and tracking logic, and the missile simply has to listen to the signal reflected from the target and point itself in the right direction. Additionally, the missile will listen rearward to the launch platform's transmitted signal as a reference, enabling it to avoid some kinds of radar jamming distractions offered by the target. The SARH system determines the closing velocity using the flight path geometry shown in Figure 1. The closing velocity is used to set the frequency location for the CW receive signal shown at the bottom of the diagram (spectrum). Antenna offset angle of the missile antenna is set after the target is acquired by the missile seeker using the spectrum location set using closing speed. The missile seeker antenna is a monopulse radar receiver that produces angle error measurements using that fixed position. Flight path is controlled by producing navigation input to the steering system (tail fins or gimbaled rocket) using angle errors produced by the antenna. This steers the body of the missile to hold the target near the centerline of the antenna while the antenna is held in a fixed position. The offset angle geometry is determined by flight dynamics using missile speed, target speed, and separation distance. Techniques are nearly identical using jamming signals, optical guidance video, and infra red radiation for homing. Maximum range is increased in SARH systems using navigation data in the homing vehicle to increase the travel distance before antenna tracking is needed for terminal guidance. Navigation relies on acceleration data, gyroscopic data, and global positioning data. This maximizes distance by minimizing corrective maneuvers that waste flight energy. Contrast this with beam riding systems, like the RIM 8 Talos, in which the radar is pointed at the target and the missile keeps itself centered in the beam by listening to the signal at the rear of the missile body. In the SARH system the missile listens for the reflected signal at the nose, and is still responsible for providing some sort of "lead" guidance. The disadvantages of beam riding are twofold: One is that a radar signal is "fan shaped", growing larger, and therefore less accurate, with distance. This means that the beam riding system is not accurate at long ranges, while SARH is largely independent of range and grows more accurate as it approaches the target, or the source of the reflected signal it listens for. Reduced accuracy means the missile must use a very large warhead to be effective (i. e.: nuclear). Another requirement is that a beam riding system must accurately track the target at high speeds, typically requiring one radar for tracking and another "tighter" beam for guidance. The SARH system needs only one radar set to a wider pattern.

Радар с непрерывной волной

Современные системы SARH используют радиолокатор непрерывного излучения (CW-радар) для наведения. Хотя большинство современных истребителей оснащены импульсно-доплеровскими радарами, многие из них имеют функцию CW для наведения ракет. Некоторые советские самолеты, такие как отдельные модификации МиГ-23 и МиГ-27, использовали вспомогательный контейнер или антенну для подачи сигнала CW. Ракета Вymпел Р-33 AA для перехватчика МиГ-31 использует SARH в качестве основного типа наведения (с добавлением инерциального наведения на начальном этапе). Ракетам SARH требуется радиолокатор сопровождения для захвата цели и более узконаправленный радиолокатор подсветки для "подсветки" цели, чтобы ракета могла захватить отраженный от цели радиолокационный сигнал. Цель должна оставаться подсвеченной на протяжении всего времени полета ракеты. Это может сделать самолет-носитель уязвимым для ответного удара, а также предоставить бортовым системам предупреждения цели время для обнаружения атаки и применения средств противодействия. Поскольку большинство ракет SARH требуют наведения на протяжении всего полета, старые радары ограничены отслеживанием только одной цели одновременно. Максимальная дальность системы SARH определяется энергетической плотностью передатчика. Увеличение мощности передачи может повысить энергетическую плотность. Уменьшение полосы шумовых частот передатчика также может увеличить энергетическую плотность. Спектральная плотность, согласованная с полосой обнаружения принимающего радара, является ограничивающим фактором максимальной дальности.

Боевой опыт

Боевой опыт применения американских ракет с полуактивным радиолокационным наведением (SARH) во время войны во Вьетнаме был неудовлетворительным. Истребители ВВС и ВМС США, вооруженные AIM-7 Sparrow, показали эффективность не более 10%, что усугубило последствия отказа от пушечного вооружения на большинстве F-4 Phantom, которые несли по четыре ракеты Sparrow. Хотя часть неудач была вызвана механическими неисправностями электроники 1960-х годов, чувствительной к вибрациям, например, при перемещении тележек по неровной поверхности, или ошибками пилотов, точность этих ракет в целом была ниже, чем у ракет Sidewinder и пушек. После операции «Буря в пустыне» большинство воздушных побед F-15 Eagle были одержаны с использованием ракет Sparrow на больших дистанциях, вне визуальной видимости. Схожие результаты были достигнуты с морскими ракетами RIM-7 Sea Sparrow. Советские системы с полуактивным радиолокационным наведением добились ряда значительных успехов, особенно в войне Судного дня, когда тактические зенитные ракетные комплексы 2К12 «Куб» (по классификации НАТО SA-6) смогли эффективно ограничить использование воздушного пространства израильскими ВВС. Комплекс 2К12 также сбил американский F-16 во время войны в Боснии.