Верба В.С. - Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения (Системы мониторинга) - 2008
.pdfУчитывая сложившуюся структуру процессов цифровой обработки информации, можно представить структуру обработки информации в БРЛС в виде иерархической трехуровневой системы (рис. 4.6). Укрупненная блоксхема реализации конфликтно-устойчивого управления в БРЛС в интересах повышения помехозащищенности может быть представлена в виде, показан ном на рис. 4.7.
Использование конфликтно-устойчивых алгоритмов управления процес сами добывания и обработки информации в БРЛС приводит к тому, что режи мы функционирования и обработки информации оптимизируются таким обра зом, чтобы, с одной стороны, обеспечить максимальное качество решения по ставленных задач в условиях воздействия различных типов помех, а с другой стороны, снизить возможности противоборствующей стороны по разведке функционирования системы.
Рис. 4.6
Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения
Рис. 4.7
4.3. Помехоустойчивые алгоритмы вторичной обработки информации в БРЛС при автоматическом сопровождении целей в режиме обзора
Автоматическое сопровождение целей в режиме обзора [15] - один из ос новных режимов функционирования современных и перспективных БРЛС. Этот режим позволяет непрерывно получать информацию обо всех целях в зо не ответственности и выявлять наиболее опасные и важные из них.
Одновременно с развитием техники радиолокации совершенствуются средства РЭБ, создаются новые виды помех, интенсивно наращиваются воз можности по радиоэлектронному подавлению всех режимов работы БРЛС, в том числе и АСЦРО. Поэтому обеспечение надежного функционирования БРЛС в процессе автоматического сопровождения целей при обзоре простран ства в условиях воздействия помех различного происхождения - одна из слож нейших задач. Сложность обусловлена резким увеличением количества ин формации, поступающей на вход системы сопровождения целей, что затрудня ет выполнение процедур идентификации и сопровождения целей и может привести к снижению точности оценивания их фазовых координат, возраста нию вероятностей перепутывания сопровождаемых траекторий, появлению ложных траекторий и т. д.
Автоматическое сопровождение целей в режиме обзора, реализуемое в процессе совместного функционирования БРЛС и цифровой вычислительной системы, выполняется в несколько этапов, содержащих формирование первич ных измерений, завязку траекторий, экстраполяцию относительных фазовых координат (траекторий) всех сопровождаемых целей в промежутках между по ступлениями от БРЛС результатов измерений, идентификацию поступающих отметок на их принадлежность тем или иным экстраполируемым траекториям, фильтрацию экстраполированных фазовых траекторий по результатам иденти фицированных измерений, ранжирование целей по степени их важности, сброс сопровождаемых траекторий.
При автоматическом сопровождении целей в режиме обзора для подавле ния БРЛС наиболее вероятно использование следующих помех: непрерывных шумовых; многократных синхронных импульсных; имитирующих импульс ных; комбинированных имитирующих и маскирующих; активно-пассивных. Возможно применение одноточечных совмещенных с целью помех и простран ственно разнесенных (многоточечных) помех. Роль последних в настоящее время существенно возрастает. В результате действия помех в БРЛС затрудня ется процесс привязки отметок к траекториям, возможны захват ложных траек торий и их сопровождение, срыв сопровождения истинных траекторий и пере грузка вычислительной системы.
Сопровождение целей в условиях помех - одна из сложнейших про блем автоматизации процессов вторичной обработки радиолокационной ин формации. Для ее решения разработано достаточно большое число различных алгоритмов. Одним из таких помехоустойчивых алгоритмов вторичной обра ботки, наиболее пригодным для практики, является модифицированный алго ритм совместной вероятностной идентификации данных (JPDAM) [14]. Этот алгоритм предназначен для сопровождения близко расположенных це лей и целей, траектории которых могут пересекаться. При его реализации вы полняются следующие основные операции: экстраполяция вектора состояния
траектории цели, вычисление усредненной невязки, коррекция оценки векто ра состояния.
Применение алгоритма JPDAM позволяет эффективно решать задачу со провождения целей в режиме АСЦРО при воздействии уводящих помех, а так же маскирующих помех, вызывающих появление ложных отметок. Однако не достатком данного алгоритма является потребность в больших вычислитель ных возможностях аппаратуры.
Классификация условий обстановки на уровне совместной обработки ин формации от разнотипных информационных датчиков БРЛС включает выделение областей зоны ответственности, для которых характерны устойчивые особен ности воздушной и помеховой обстановки (рис. 4.8). Указанные особенности характеризуются наличием как одиночных, так и групповых целей, влиянием различных типов и параметров помех в различных секторах наблюдения.
Рис. 4.8
Конфликтно-устойчивое управление ресурсами разведки и защиты от по мех БРЛС должно содержать оценку пространственного положения постанов щиков помех, видов и параметров помех и выбор наиболее эффективных в
складывающейся помеховой обстановке способов поиска и обнаружения объ ектов. При выборе вариантов обработки информации в БРЛС необходимо про водить не только оценку целевой обстановки, но и детальную оценку помехо вой обстановки. Поэтому часть поискового ресурса БРЛС должна быть направ лена на оценку помеховой обстановки.
При оценке помеховой обстановки важными параметрами для оптимиза ции процесса поиска и сопровождения целей являются следующие:
местоположение постановщиков помех; виды создаваемых помех;
чувствительность приемника исполнительной радиотехнической разведки постановщика помех;
мощность создаваемых помех.
На основании оценок указанных параметров появляется возможность про гнозирования уровня и видов создаваемых помех при применении тех или иных способов добывания информации и последующего выбора оптимальных из них.
Вследствие иерархической структуры БРЛС АК РЛДН термин «режим ра боты» может применяться к различным иерархическим уровням и к подсистемам этих уровней. В частности, основным приемом при активной радиолока ции является зондирование обследуемого пространства, под которым подразу меваются излучение зондирующего сигнала, прием и обнаружение ответных сигналов. Способы зондирования различаются параметрами излучаемых сиг налов, распределением излучаемой мощности по пространству и алгоритмом обработки сигналов. Для решения задач поиска объектов и кх сопровождения в зависимости от типов объектов и условий, в которых эти задачи решаются, наиболее эффективными являются различные способы зондирования. Если способ зондирования не изменяется в течение некоторого времени, например БРЛС выполняет только задачу поиска наземных объектов, то имеют место оп ределенные закономерности в последовательности излучаемых сигналов, харак терные для решения конкретной задачи. При наличии таких закономерностей могут использоваться термины «режим излучения», «режим зондирования» или «режим работы БРЛС». Таким образом, под режимом функционирования БРЛС в дальнейшем будем понимать установленный порядок излучения и об работки сигналов.
Управление - это обеспечение функциональной зависимости от времени значений управляемых параметров (т. е. тех параметров, которые доступны для подсистемы принятия решений). Если понятие «управление» распространяется на объект, то имеется в виду управление этим объектом. Кроме того, под управлением может подразумеваться сам процесс принятия решений, заклю чающийся в последовательном выборе значений управляемых параметров в динамике функционирования объекта. Такое расширение понятия управления вполне уместно, но при этом теряется однозначность его трактовки.
Поиск и обнаружение включают обзор области ответственности и приня тие решения о наличии или отсутствии в элементах разрешения разведываемых объектов. Частным показателем, характеризующим качество решения данной задачи, является время обнаружения реально существующего объекта в зоне ответственности, отсчитываемое от момента его появления. Требования к этому показателю должны быть заданы в виде функции на множестве наблю даемых параметров, возрастающей по мере увеличения расстояния от области ответственности и отражающей степень опасности появления целей в различ ных областях зоны ответственности. Данная задача может быть представлена в виде последовательности задач обнаружения целей в элементах разрешения и принятия решения о наличии целей. Вторая задача может решаться как по ре зультатам накопления информации в течение нескольких обзоров, так и путем поиска в ограниченной области пространства. Форма реализации может зави сеть от требований к частному показателю.
Ограничение в скорости изменения управляемых параметров определяется инерционностью процессов при перестройке ФАР. В современных ФАР мак симальная частота перестройки составляет 200 Гц (5 мс), что соответствует дальности 750 км. Таким образом, при описании процесса управления ФАР можно использовать в качестве единицы измерения рабочий такт, минимальная величина которого равна длительности интервала времени, необходимого для выполнения одной элементарной операции. В принципе величина рабочего такта может быть изменяемой, но не меньше минимально возможной.
В течение рабочего такта ФАР занята выполнением элементарной опера ции, направленной на решение одной, из частных задач БРЛС. В числе решае мых БРЛС задач в условиях воздействия активных помех необходимо реализо вать следующие:
анализ помеховой обстановки и конфликтно-устойчивое управление ком плексом с учетом измеренных параметров помех;
обзор (просмотр зоны обзора) при обнаружении воздушных (наземных, надводных) целей;
непрерывное сопровождение отдельной цели (дискретное сопровождение); разрешение целей в группе; распознавание типов целей;
поиск цели в ограниченном объеме пространства; картографирование или обзор земной (морской) поверхности (при помощи
обычного луча, с доплеровским обострением луча, с синтезированием аперту ры), селекцию движущихся целей;
поиск и обнаружение ориентиров.
При решении одной из указанных задач используются специфические для них виды сигналов, параметры этих сигналов, способы распределения излу чаемой энергии по пространству и алгоритмы пространственно-временной об-
работки сигналов. В связи с указанной особенностью выделяют режимы рабо ты БРЛС, соответствующие решаемым ею задачам. При решении одновре менно нескольких задач считается, что БРЛС работает в нескольких режимах одновременно. Такое упрощенное представление о процессе функционирова ния системы отражает только внешнюю сторону и не позволяет перейти к де тализации ее описания в динамике. Поэтому режим функционирования АК РЛДН молено определить как установленный порядок применения раз личных способов добывания и обработки информации. Основным режимом функционирования АК РЛДН при ведении разведки следует считать такой порядок применения способов добывания и обработки информации, который является оптимальным для наиболее общих или наиболее вероятных условий обстановки.
Вполне вероятно, что ресурсы ФАР могут быть разделены таким образом, что одновременно будет выполнено несколько различных задач. В этом случае произойдет разделение не по времени, а по энергетике.
Зависимость состава решаемых частных задач от времени можно предста вить в виде вектора z(t)-iz1 (t),...,zN (t)), компоненты которого принимают значения ноль, если в момент времени t соответствующая задача (работа, вид
работы) не выполняется, и единица - в противном случае. Состав решаемых задач не может быть определен с учетом текущей обстановки, а должен фор мироваться на основе требуемого качества отображения разведываемой обста новки. В том случае, когда одновременно на некотором интервале времени ре шается более одной задачи, временной и энергетический ресурсы должны быть распределены между этими задачами. Выбор возможного способа распределе ния ресурсов ограничивается возможностями ФАР и определяется путем опти мизации по критерию достижения некоторой цели функционирования в тече ние определенного интервала времени.
Принятие решения о распределении поисковых ресурсов принимается на основании оценки возможностей АК РЛДН по ведению разведки в текущих ус ловиях помехово-целевой обстановки.
Управление в реальном масштабе времени по большому числу изменяе мых параметров сводится к целенаправленному «включению» соответствую щих условиям применения вариантов функционирования (цифровой обработки Ρ ЛИ). Изменение требований к информации в динамике конфликта задает из меняющуюся цель функционирования АК РЛДН, что приводит к необходимо сти коррекции управления даже при стационарных (сложившихся) условиях обстановки.
Реализация принципа иерархической организации оптимального управле ния на вышестоящей иерархической ступени обработки информации заключа ется в выборе таких способов, которые в текущих условиях являются опти-
мальными, а на нижестоящей иерархической ступени - в детализации условий и подборке по ним оптимальных параметров для соответствующего уровня.
Активное поисковое усилие заключается в излучении определенного вида сигнала заданной мощности в направлении на постановщик помех и анализе реакции в виде ответных излучений с целью установления порога обнаружения станцией РТР и способа реакции постановщика помех на данный вид сигнала. Прием и анализ создаваемых ответных помех может осуществляться как при емным устройством БРЛС с ФАР, так и станцией РТР, входящей в состав АК РЛДН. Пассивное поисковое усилие состоит в разведке излучений, посту пающих с направлений, на которых могут находиться постановщики помех, без излучения зондирующих сигналов. Разведка излучений может выполняться в заданной области пространства при помощи РЛС или совместно со станцией РТР. Применение станции РТР позволяет освободить поисковый ресурс БРЛС. Для повышения качества разведки станции РТР могут выдаваться целеуказания по частоте и угловому направлению.
При анализе помеховой обстановки выделяются следующие ситуации: постановка помех (ПП) индивидуальной защиты; постановка помех групповой (коллективной защиты) из боевых порядков
(в этом случае ПП впереди группы самолетов); постановка помех из зон барражирования.
Для каждой ситуации выполняются определенные закономерности в по становке помех и вырабатываются соответствующие им способы борьбы с по мехами, основанные на более детальном анализе имеющихся сведений о воз душной обстановке, видах и параметрах излучаемых помех и закономерностей в постановке этих помех.
При анализе помеховой обстановки также должна отслеживаться законо мерность между излучением сигнала в определенных направлениях и ответной реакцией противника, выраженной в постановке ответных активных помех, а также временем реакции и степенью адекватности создаваемых помех. Такой анализ совместно с имеющейся информацией о целевой обстановке позволит определить местоположение средств радиотехнической разведки противника, разнесенных в пространстве со средствами постановки помех.
Для обеспечения возможности принятия решений о выборе той или иной структуры обработки информации на этапе проектирования обосновывается минимально достаточное, но эффективное в диапазоне прогнозируемых усло вий применения множество режимов функционирования АК РЛДН, содержа щее совокупность вариантов добывания и обработки информации, относящих ся к различным иерархическим уровням построения системы обработки ин формации. При этом неэффективными считаются такие алгоритмы, которые не являются предпочтительными по отношению к другим при любых условиях и по любым показателям. Например, сравнение алгоритмов оценивания парамет-
ров траекторий, основанных на калмановской фильтрации и а-, β-фильтрации показывает, что при решении разных задач и различных условиях обстановки каждый из них может иметь преимущества перед другим. Если первый из этих алгоритмов существенно точнее в стационарных условиях обстановки, то вто рой алгоритм значительно устойчивее при нестационарных флуктуациях траек тории движения сопровождаемого объекта.
В соответствии с иерархической структурой системы обработки информа ции в АК РЛДН при проектировании БРЛС могут быть определены следующие альтернативные варианты функционирования.
Способы зондирования пространства:
использование различающихся видов зондирующих сигналов (сложные: ФКМ, ЛЧМ и др., простые импульсы, пачки импульсов и др.) с различной час тотой повторения импульсов, изменением частоты повторения импульсов, из менением вида сигнала или несущей частоты от импульса к импульсу, измене нием параметров зондирующих сигналов (мощность или длительность);
использование различных способов обзора пространства (с узкой или ши рокой диаграммой направленности) и способов поиска целей в зоне ответст венности (последовательный, случайный, управляемый и др.).
Способы определения координат объектов: угломерно-дальномерный; разностно-дальномерный; суммарно-дальномерный;
угломерно-разностно-дальномерный (в зависимости от возможного соста ва информационных датчиков).
На этапе траекторной обработки информации при обнаружении целей должны использоваться алгоритмы с управляемыми критериями принятия решений об обнаружении траекторий и сбросе с сопровождения; при оценке параметров траекторий должны использоваться алгоритмы устойчивой фильтрации с управляемой памятью (для стабилизации ошибок при флуктуа циях траекторий целей) и возможностью применения разнотипных измерений (координатные отметки, пеленги, разности дальностей, суммы дальностей) для оценивания текущих параметров траекторий; при сопровождении траекторий должны использоваться алгоритмы сопровождения одиночных целей (с раз личными гипотезами о характере флуктуации их траектории), групповых (для различных условий плотностей целей в группе, размеров групп и их численно го состава), маневрирующих целей (различающихся интенсивностью и видом маневра), алгоритмы сопровождения в условиях интенсивного потока ложных отметок.
На этапе совместной обработки информации должны применяться алго ритмы совместной обработки разнотипных измерений в зависимости от со става информационных датчиков: алгоритмы, основанные на методах триангу-
ляции или самотриангуляции, предполагающие использование информации оповещения от взаимодействующих источников информации; алгоритмы объе динения и отождествления разнотипной информации от различных источни ков; алгоритмы распознавания целей по разнотипной информации и определе ния боевого порядка групп целей.
Общая схема организации управления в АК РЛДН в условиях РЭП осно вана на введении обобщенного показателя эффективности для каждого из ие рархических уровней обработки информации. Выбор способа функционирова ния БРЛС осуществляется по критерию максимизации этого показателя в иден тифицируемых условиях обстановки.
Обобщенный показатель эффективности, представленный в виде вероят ности обеспечения требований потребителей к качеству информации, зависит от ряда свойств частных характеристик выдаваемой информации. Указанные свойства проявляются в виде совместного закона распределения частных ха рактеристик. Наличие разнородных потребителей учитывается следующим об разом.
Каждый потребитель предъявляет требования к информации по опреде ленному составу характеристик. Следовательно, для каждого потребителя оп ределено нечеткое множество требований в специфичном для данного потре бителя пространстве характеристик: Ω£ρ a Qk . Характеристика информации
представляет собой числовую функцию, заданную на пространстве оценок об становки, т.е. это функция от выданной в течение функционирования БРЛС АК РЛДН информации данному потребителю. В связи со случайным характе ром оценки обстановки характеристики информации также являются случай ными величинами. Совместный закон их распределения может быть представ лен многомерной функцией плотности распределения вероятностей f(%). Тогда обобщенный показатель можно определить следующим выражением:
Учитывая, что события статистически зависимы, используя
формулу полных вероятностей, можно получить выражение для W через инте гралы от функции ί(χ)πο нечетким множествам.
Закон распределения характеристик информации ί(χ) зависит от ряда фак торов, обусловленных как действиями противостоящей стороны, так и дейст виями АК РЛДН по добыванию информации в условиях радиоэлектронного подавления.
Особенность обобщенного показателя качества состоит в том, что он мо жет быть оценен только путем сравнения реальной обстановки и оценки обста новки, выдаваемой АК РЛДН. Сведения о реальной обстановке не могут быть