Αλλοίωση των ηλεκτρομαγνητικών χαρακτηριστικών και επιδόσεων αισθητήρων εξ αποστάσεως

Abstract

The present thesis aims to determine concrete methods and techniques that degrade the received by the sensors electromagnetic (EM) energy, based on the theoretical exploitation of EM energy for tele-sensing purposes and on the experimental investigation of certain applications which condition the operation of modern observation sensors. Taking into consideration the operation zones of modern electronic observation systems within the EM spectrum, it becomes obvious that the used systems largely exploit, firstly the zone from 3 MHz up to 110 GHz (for the radars) and from 0,76 up to 14 μm (for the infrared and Laser sensors), and secondly concrete methods of emission and interpretation of the target-emitted received reflections or IR radiation. The main decisive factors in the attribution of these systems are: firstly the emanating, from a given target, received EM energy, concerning the signal to noise ratio. Secondly the received radiation characteristics assessment by the sensor computer system, and thirdly the level of data analysis and treatment. The described throughout this study methods of EM characteristics alteration, apply concrete techniques, which operate stand alone outside the friendly sensors and confusing the enemy sensor system in its target recognition process on both EM & IR spectrum. Two methods are analyzed for radar applications. The first is applied against mono-pulse type of radars, importing phase noise and it is based on the “cross-eye” phenomenon with simultaneous use of both interception of speed gate system, or technical “X” reception of - emission, so that it creates instability in the target tracking system.. The second modifies externally the polarization characteristics of the transmitter antenna in order to confuse its detection by RF passive sensors. For IR search systems, in order to equalize the measured thermal signature of the target to the one of the environment (thus reducing the signal-to-noise ratio) a signature alteration method is used which minimizes the sensor's observation capability. For the application of the method Neural Networks (NN) are used for both image processing and detailed target temperature measurement. . For the laser sensors the described method proposes an alteration of the reflected by- -a-target (protected) radiation beams. The laser sensor receives reflected beams that confuse it on power, angle, distance and weapon flight path assessments. All four methods are original with regard to the open bibliography and they decrease or even they refuse the effective use of current sensors, indicating new research areas in either modern sensors performance improvements or their neutralization whichever deems necessary.

Η παρούσα διατριβή στοχεύει, βασιζόμενη αφενός στην θεωρητική εκμετάλλευση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας για σκοπούς τηλε-αίσθησης και αφετέρου στην πειραματική διερεύνηση ορισμένων εφαρμογών που διέπουν την λειτουργία των σύγχρονων αισθητήρων παρατήρησης, στον προσδιορισμό συγκεκριμένων μεθόδων και τεχνικών που αλλοιώνουν την μορφή της λαμβανόμενης από αυτούς ΗΜ ενέργειας. Λαμβάνοντας υπόψη τις περιοχές λειτουργίας των σύγχρονων συστημάτων ηλεκτρονικής παρατήρησης εντός του ΗΜ φάσματος, διαπιστώνεται ότι τα χρησιμοποιούμενα συστήματα εκμεταλλεύονται κατά κόρον, τα μεν ραντάρ τις περιοχές από 3 ΜΗz έως 110 GHz, οι δε υπέρυθροι αισθητήρες και τα Laser, από 0,76 έως 14 μm και συγκεκριμένες μεθόδους εκπομπής και ερμηνείας των λαμβανομένων από το στόχο εκπεμπόμενων ανακλάσεων ή IR ακτινοβολιών. Οι κύριοι καθοριστικοί παράγοντες στην απόδοση των συστημάτων αυτών είναι: Πρώτον η προερχόμενη από ένα στόχο, λαμβανόμενη ισχύς της ΗΜ ενέργειας, σε σχέση με το σήμα θόρυβο του περιβάλλοντος. Δεύτερον η μορφή των επεξεργάσιμων από τον αισθητήρα χαρακτηριστικών της λαμβανόμενης ακτινοβολίας και τρίτον το επίπεδο ανάλυσης και επεξεργασίας των δεδομένων από τον υπολογιστή του αισθητήρα. Οι μέθοδοι αλλοίωσης των ΗΜ χαρακτηριστικών που περιγράφονται στην εργασία, εφαρμόζουν συγκεκριμένες τεχνικές, με τις οποίες επιτυγχάνεται εξ αποστάσεως και χωρίς να τροποποιείται εσωτερικά ο αισθητήρας, η σύγχυση του συστήματος αναγνώρισης του αντικειμένου - στόχου, τόσο στις περιοχές λειτουργίας των ραντάρ όσο και στο υπέρυθρο φάσμα. Για μεν τα ραντάρ αναλύονται δύο μέθοδοι. Η πρώτη εφαρμόζεται εναντίον των μονοπαλμικών, εισάγοντας γωνιακό θόρυβο και βασίζεται στο φαινόμενο του αλληθωρισμού με ταυτόχρονη χρήση συστήματος υποκλοπής της πύλης, ή τεχνική χιαστής λήψης - εκπομπής, με αποτέλεσμα να δημιουργεί αστάθεια στο σύστημα παρακολούθησης του στόχου. Η δεύτερη τροποποιεί εξωτερικά της κεραίας του πομπού αλλοίωση των χαρακτηριστικών της πόλωσης με αποτέλεσμα να δυσκολεύεται η ανίχνευσή του από αισθητήρες RF. Για τα υπέρυθρα συστήματα ανίχνευσης εφαρμόζεται μέθοδος αλλοίωσης της θερμικής υπογραφής του αντικειμένου και ταύτισή του με το περιβάλλον μειώνοντας δραστικά το λόγο σήματος προς θόρυβο. Για την εφαρμογή της μεθόδου χρησιμοποιούνται νευρωνικά δίκτυα στην επεξεργασία των εικόνων και λεπτομερής επιφανειακή θερμοκρασιομέτρηση του στόχου. Επίσης εναντίον των αισθητήρων Laser προτείνεται μέθοδος αλλοίωσης των ανακλώμενων από το στόχο ακτινοβολιών ως προς την ισχύ, την απόσταση και την γωνία με μηχανισμό λήψης, ενίσχυσης, αλλοίωσης και επανεκπομπής της λαμβανόμενης από το στόχο δέσμης. Και οι τέσσερις μέθοδοι είναι πρωτότυποι όσον αφορά στην ανοιχτή βιβλιογραφία και μειώνουν ή και απαγορεύουν την αποτελεσματική χρήση των σημερινών αισθητήρων, υποδεικνύοντας νέους τομείς έρευνας για εκμετάλλευση των μεθόδων αυτών τόσο στην βελτίωση των αισθητήρων όσο και για την εξουδετέρωσή των όπου απαιτείται.