Лаборатория невидимости: специалисты АПКБ разработали устройство для измерения бистатического коэффициента отражения поглощающих покрытий

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.

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