DE19711202B4

DE19711202B4 - Scheinziel zum Irreführen von Dopplerradarsystemen

Info

Publication number: DE19711202B4
Application number: DE19711202A
Authority: DE
Inventors: Conny Carlsson; Björn JÄGERSTRÖM
Original assignee: Forsvarets Materielverk
Current assignee: Forsvarets Materielverk
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: SE9601063L; GB2423872B; GB2423872A; FR2888334A1; US7847721B1; SE529844C2; GB9705650D0; DE19711202A1; FR2888334B1

Abstract

Scheinziel zum Irreführen von Doppler-Radarsystemen, wobei es einen Eckenreflektor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Flächen (1) angeordnet ist, um mit einer Modulationsfrequenz ein variierendes Reflexionsvermögen in Bezug auf Radarstrahlung erhalten zu können, die in der reflektierten Strahlung Dopplerseitenbänder von einer für die Radaranwendung herkömmlichen Ausdehnung verursacht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Scheinziel zum Irreführen von Dopplerradarsystemen.
Stand der Technik
Das Scheinziel in allen seinen Formen hat einen wichtigen Bestandteil im Irreführen vieler Sensorsysteme im Krieg, und zwar von den Augen des einzelnen Soldaten bis zu dem an der Erdoberfläche befindlichen oder bordseitigen Radarsystem, dargestellt und stellt immer noch einen derartigen Bestandteil dar.
Insbesondere in Bezug auf Scheinziele gegenüber Radarsystemen hat man sich grosse Mühe gemacht, weil der Schutzgegenstand, in vielen Fällen ein Flugzeug, von erheblichem militärischem Wert ist. Früher wurden Streifen (Streifenbündel) als Scheinziel gegenüber Radar verwendet. Falls die metallisierten Streifen eine Länge haben, die der Radarfrequenz des irrezuführenden Radars zweckmässig angepasst ist, entsteht eine kräftige Resonanz. Die von einem Flugzeug bündelweise herausgeworfenen Streifen verursachen dann Echos, die das Radar irreführen oder das Flugzeug verbergen können.
Die Einführung von Impuls-Doppler-Radar hat die Fähigkeit der Streifen, das Radar zu beeinflussen, dramatisch reduziert. Ein Impuls-Doppler-Radar nutzt den Dopplereffekt (Phasenänderung von Impuls zu Impuls im Radarecho) aus, um reflektierende Gegenstände, die sich schnell im Verhältnis zur Radarstation bewegen, von stillen Gegenständen zu unterscheiden. Dadurch können Bodenclutter und auch die im Verhältnis zum Boden beinahe stillen Streifen unterdrückt werden. Die Anwendung von Dopplerradarsystemen zum Unterdrücken von Bodenechos macht deshalb die Fähigkeit des Streifenbündels zur wirksamen Irreführung unmöglich.
Andere passive Irreführungsmethoden gegenüber Radar nützen verschiedene Arten von Reflektoren aus, beispielsweise Eckenreflektoren oder Luneburger-Linsen, um von kleinen Gegenständen kräftige Echos zu erzeugen. Um die erforderliche Dopplerfrequenz zu erzeugen, die Erfassung in einem Dopplerradar erlaubt, müssen diese dann in kleinen irreführenden Flugzeugen geschleppt oder beherbergt werden, die den Schutzgegenstand abtrennen dürfen. Dies erfordert aerodynamisch gut ausgebildete Einheiten und ausserdem in vielen Fällen Beschränkungen des Flugaufkommens. Die US 3,671,965 A zeigt ein Scheinziel zum Irreführen von Radarsystemen, das einen Eckenreflektor umfasst.
Moderne Scheinziellösungen bestehen oft aus aktiven Störsendern, die vom Flugzeug abgeworfen oder hinter dem Flugzeug geschleppt werden. Eine reine Verstärkung und Aussendung des Radarimpulses kann mit isotropen Sende- und Empfangsantennen wegen ungenügender Isolation nicht vorgenommen werden (ergibt sog. Rückkopplung). Andere aktive Lösungen z. B. mit Mikrowellenspeicher und verzögerter Aussendung ergeben eine Verdrehung der Impulsform. Sowohl Schmalbandstörung als auch Breitbandstörung sind bekannt. Eine Ausrüstung zum Stören mit Schmalbandrauschen ist empfindlich gegen Frequenztausch beim Radar und erfordert eine Ausrüstung zum Suchen über das Frequenzband nach der neuen Frequenz. Breibandrauschen erfordert hohe Leistungsabgaben. Im Ganzen werden aktive Scheinziele unbedingt relativ teure und komplizierte Ausrüstungen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung von Scheinzielen zum Irreführen von Dopplerradarsystemen.
Die vorliegende neue passive Scheinziellösung vermeidet alle Begrenzungen, die mit traditionellen passiven und aktiven Scheinzielen verbunden sind. Ein derartiges Scheinzeil in Form eines modulierten Eckenreflektors hat eine in diesem Zusammenhang neue Kombination von Eigenschaften:

– Nicht filtrierbar in einem Dopplerradarsystem,
– reflektiert Jede Wellenform korrekt,
– isotropes Strahlungsdiagramm,
– niedriger Leistungsverbrauch (beinahe passiv) und
– Grösse und Preis auf einem Niveau, das das Werfen von Hagel (5–10 Stück) erlaubt (kann als eine moderne Form von Dopplerstreifen betrachtet werden).

Diese Scheinziele sind in verschiedenen Verbindungen zu verwenden, beispielsweise:

– Werten von Scheinzielen zum Irreführen einer feindlichen radargesteuerten Rakete, eines bordseitigen oder an der Erdoberfläche befindlichen Feuerleitradars,
– Mengenwerfen von Scheinzielen zur Tarnung von Flugmanövern gegenüber bordseitigem oder an der Erdoberfläche befindlichem Aufklärungsradar,
– Unterbringen von Scheinzielen an der Erdoberfläche zum Aktivieren und somit Tarnung von Tiefflugmanövern in vorbereiteten Luftkorridoren und
– Unterbringen von Scheinzielen an der Erdoberfläche in der Nähe von Schutzgegenständen, um das Entdecken von diesen Schutzgegenständen mit hochauflösendem Radar zur Landkartenzeichnung unmöglich zu machen.

Die erwünschten Eigenschaften sind bei der Erfindung erzielt, dadurch, dass sie in der aus dem selbstständigen Patentanspruch ersichtlichen Weise ausgebildet wird.
Geeignete Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den übrigen Patentansprüchen hervor.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird jetzt anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
1 einen Eckenreflektor, wobei eine der drei Flächen eine modulierbare Reflexionsfläche darstellt,
2 den Aufbau der modulierbaren Reflexionsfläche in Form einer Drahtstruktur, die in den Kreuzpunkten mit einem Dioden-Matrix zusammengebunden wird, und
3 ein aktiviertes Scheinziel zur Fluganwendung mit Schutzabdeckung und Kasten für Versorgungselektronik und Batterie.
Das Scheinziel besteht aus einem radarzielflächenmodulierten Eckenreflektor gemäss 1, wobei zwei Flächen 2 metallisiert und somit total reflektierend sind. Die Reflexion der dritten Fläche 1 kann variiert werden, wodurch die gesamte Radarzielfläche moduliert wird. Die Radarzielflächenmodulation wird in allen Einfallsrichtungen ersichtlich, ausser bei parallelem Einfall mit der modulierten Fläche.
Eine solche Radarzielflächenmodulation bedeutet eine Amplitudenmodulation des Impulszugs des Radars, was symmetrische Dopplerseitenbänder auf beiden Seiten der Grundfrequenz erzeugt. Die Grundfrequenz ist die dopplerverschobene Radarfrequenz. Die Seitenbänder sind mit Modulationsfrequenz separiert. Nach dem Werfen wird das Scheinziel schnell die Windgeschwindigkeit annehmen, weshalb die Dopplerfrequenz im Vergleich mit einem Flugzeug niedrig wird. Da die Modulation als eine Viereckvariation ausgeführt wird, bedeutet dies für alle Impuls-Doppler-Radarsysteme (LPD-, MPD- und HPD-Systeme), dass mehrere Modulationstöne, sowohl über als auch unter dem Bodenecho, in dem für das Radar aktiven Durchlassbereich vorhanden sind. Falls ausserdem die Modulationsfrequenz variiert ("swept") wird, werden die genannten Töne in natürlicher Weise im Analysenbereich des Radars wandern.
Eine für ein Flugzeug geeignete Werfsituation entsteht beim Queren durch den O-Doppler (Querkurs im Verhältnis zur Keulenrichtung), weil dann ein Dopplerradar gezwungen wird, auch das Ziel zu unterdrücken, und die Wahrscheinlichkeit eines Sich-Wiederfestlegens am Scheinziel ist gross. Durch "Sweeping" der Modula tionsfrequenz wird auch die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein schmaler Dopplerfilter vom Typ Zielsucher für semiaktive radargesteuerte Raketen durchdrungen wird. Ausserdem werden die Analysemöglickeit und das Unterdrücken des Scheinziels auf Basis der gemessenen Frequenz verhindert. Deshalb soll zweckdienlich die Modulationsfrequenz im typischen Dopplerbereich nahe der Quersektorlage ge-"swept" werden, beispielsweise von 0 bis 9 kHz am X-Band. Die Sweepgeschwindigkeit soll einem typischen Flugzeugmanöver in Dopplerfrequenz entsprechen, beispielsweise 3 kHz/s am X-Band.
Ein anderes zweckdienliches Abwerfverfahren besteht darin, mit aktivem Störungsgeräusch die Abstandunsicherheit des Radars zu steigern, wobei die Geräuschstörung zum Abwertzeitpunkt unterbrochen wird und das Radar sich am Scheinziel wiederfestlegt.
Im Unterschied zu vielen anderen Wiederholstörsystemen erfolgt die Reflexion gegen das Scheinziel ohne, dass die Impulsform und die Wellenform ansonsten verändert werden. Dies bedeutet, dass Radarsysteme mit verschiedenen Wellenformverfahren (z. B. verschiedene Pulskompressionsverfahren) Echorückstrahlungen erhalten werden, die mit den Rückstrahlungen von physischen Zielen übereinstimmen. Derartige Echorückstrahlungen können also nicht in einfacher Weise als falsch unterschieden werden.
Die steuerbare Fläche kann aus Leitungen in einem Karomuster gemäss 2 bestehen, wobei jedes Kreuz 4 im Karomuster durch ein Schaltelement verbunden ist. Das Schaltelement kann aus einer Diodenbrücke 5 bestehen. Die Dioden können PIN-Dioden sein. Wenn die Fläche mit einer Rechteckspannung 3 mit Modulationsfrequenz gespeist wird, wird bei Vorwärtsspannung das Leitungsmuster zusammengekoppelt und die Fläche reflektierend. In der Rückwärtsspannungsphase wird das Leitungsmuster aufgebrochen und die Fläche nimmt einen erheblich niedrigeren Reflexionskoeffizienten an.
Die Diodenbrücke 5 gemäss 2 kann aus vier Dioden bestehen, wobei die Dioden so angebracht sind, dass bei Vorwärtsspannung Strom von dem oberen Zweig in die drei übrigen Zweige herausgeleitet wird. Somit werden in dieser Position sowohl vertikale als auch horizontale Leitungen stromleitend und die Fläche als solche wird kräftig reflektierend. Dagegen werden bei Rückwärtsspannung alle Dioden in Sperrichtung betrieben und kein Strom fliesst im Leitungsmuster. Die Fläche wird ein Muster von Dipolen annehmen, welche, falls sie kürzer sind als eine halbe Wellenlänge der einfallenden Radarfrequenz, der Fläche ihre niedrige Reflexion geben. Es ist zu beachten, dass diese spezielle Diodenkonstallation bedeutet, dass die ganze Fläche mit einem sehr einfachen Zufuhrnetz versorgt werden kann, das das Leitungsnetz für Radarzielflächenmodulation nicht stört.
Das Scheinziel kann für verschiedene Frequenzbereiche optimiert werden. Die folgende Dimensionierung kann für X-Band geeignet sein:

– Abstand zwischen Schaltelementen 7–10 mm,
– steuerbare Fläche 30·30 cm,
– Anzahl Schaltelemente 900,
– Leistungsverbrauch < 1,5 W.

Dies ergibt eine Scheinzielfläche entsprechend etwa 10 m².
Scheinziele, die zum Abwerfen aus einem Flugzeug vorgesehen sind, sollten in Behältern für Standardwerter geladen werden können. Aus diesem Grund können sowohl die beiden leitenden Flächen als auch die modulierende Fläche aus einem flexiblen, zusammenfaltbaren Material hergestellt sein, beispielsweise einem folienpräparierten Stoff bzw. einem leitungsgeätzten flexiblen Dielektrikum. Auf dem letzteren sind die Diodenbrücken durch automatisiertes Löten angebracht worden. Die Flächen sowie die Versorgungselektronik mit Batterie werden in einer Dose von der Grösse 100–200 cm<3> gepackt. Im Abwerfaugenblick wird eine Gaspatrone aktiviert, die eine Schutzhülle 7 (Ballon, vgl. Air bag) entwickelt, die ihrerseits die Reflektorflächen gemäss 3 festlegt. Die Versorgungselektronik und die Batterie 6 stellen ein Stabilisierungsgewicht dar, so dass die modulierende Fläche 1 nach Stabilisierung vertikal wird und somit die Gefahr, dass Situationen mit Radarreflexion unter einem niedrigen Modulationsindex entstehen, auf ein Minimum reduziert wird. Die Gaspatrone kann zweckdienlich ein leichtes Edelgas, beispielsweise Helium, enthalten, das die Funktionszeit in der Luft verlängert.
Die Ausbildung von Scheinzielen zur Verwendung an der Erdoberfläche kann erheblich einfacher mit steifen Reflexionsflächen und einem einfachen Kunststoffschutz als Radom gemacht werden. Die prinzipiellen Regeln für Störungswirkung gegen Dopplerradar folgen in allem wesentlichen der obigen Beschreibung.
Angriff- und Aufklärungssysteme, die die Tatsache ausnutzen, dass verschiedene Bodenelemente in der Hauptstrahlungskeule der Antenne eine variierende Dopplerfrequenz zum Strahlungskeuleschärfen (sog. DBS Doppler Beam Sharpening) erhalten, können auch von dem vorgeschlagenen Scheinziel gestört werden. Man sollte dann zweckdienlich eine willkürliche Frequenzsteuerung wählen, um das Dopplerfiltrieren des Radars zu stören. Durch Anbringung einer Anzahl von Scheinzielen um einen schutzwerten Bodengegenstand herum können Informationen über Einzelheiten versteckt werden und somit die Identifizierung und die Bekämpfung erschwert werden.

Claims

Scheinziel zum Irreführen von Doppler-Radarsystemen, wobei es einen Eckenreflektor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Flächen (1) angeordnet ist, um mit einer Modulationsfrequenz ein variierendes Reflexionsvermögen in Bezug auf Radarstrahlung erhalten zu können, die in der reflektierten Strahlung Dopplerseitenbänder von einer für die Radaranwendung herkömmlichen Ausdehnung verursacht.
Scheinziel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz angeordnet ist, um variiert werden zu können.
Scheinziel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz angeordnet ist, um in zufälliger Weise variiert werden zu können.
Scheinziel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (1), deren Reflexionsvermögen variieren werden kann, eine nicht-reflektierende Fläche umfasst, die mit einem Karomuster von Leitungen versehen ist, die so dicht angebracht sind, dass, falls sie in den Kreuzpunkten elektrisch verbunden sind, das Karomuster die einfallende Radarstrahlung reflektiert, und dass jeder Kreuzpunkt des Karonetzes mit einem Schaltelement versehen ist, das abwechselnd die Leitungen elektrisch schalten und sie elektrisch auseinanderschalten kann.
Scheinziel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement vier Dioden (5) in einer Diodenbrücke umfasst, die Strom von einem Leiter zu drei anderen Leitern leitet, und dass das Karomuster von Leitungen angeordnet ist, um mit einer Rechteckspannung zwischen zwei entgegengesetzten Seiten gespeist zu werden, und zwar zwischen der Seite, von deren Richtung die Diodenbrücken Strom leiten, und der entgegengesetzten Seite des Karomusters von Leitungen.
Scheinziel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere zur Verwendung als bordseitiges Scheinziel zum Schutz des Flugzeuges, sämtliche Flächen aus einem flexiblen zusammenfaltbaren Material ausgeführt sind, und dass das Scheinziel im Lagerungszustand zusammengefaltet ist, bevor es in Gebrauch genommen wird.
Scheinziel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die permanent reflektierenden Flächen (2) eine reflektierende Folie umfassen, und die Fläche oder Flächen (1) mit variierbarer Reflexion ein leitungsgeätztes Dielektrikum umfassen, wobei die Diodenbrücken in den Kreuzpunkten der Leitungen angebracht sind.
Scheinziel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es von einer flexiblen geschlossenen Hülle (7) vom Ballontyp umschlossen und mit einer Aufblasvorrichtung versehen ist, die bei Gebrauch das Scheinziel von Lagerungszustand in Wirkungszustand umwandelt.
Scheinziel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblasvorrichtung ein leichtes Edelgas, beispielsweise Helium, benutzt, was eine verlängerte Funktionszeit in seiner Wirkung als bordseitiges Scheinziel ergibt.