Технология синтеза комплексов радиоэлектронного подавления групповой защиты летательных аппаратов Военно-морского флота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология синтеза комплексов РЭП групповой защиты летательных аппаратов ВМФ

С.А. Мочалов

НИЦ (г. Санкт-Петербург) ЦНИИ ВВС (Минобороны России), г. Санкт-Петербург, Россия

Аннотация

радиоэлектронный подавление летательный морской

Статья посвящена рассмотрению основных положений технологии синтеза комплексов радиоэлектронного подавления групповой защиты летательных аппаратов морской авиации ВМФ, основанной на системном подходе с использованием положений общей теории иерархических многоуровневых систем и методов исследования операций. Приводится пример использования предлагаемой технологии для обоснования характеристик и параметров комплексов.

Ключевые слова: авиационный комплекс, радиоэлектронное подавление, групповая защита, радиоэлектронное средство.

Technology of synthesis of complexes of the group protection of flying apparatus of the NAVY

S. A. Mochalov

Central Research Institute of Air Force (Ministry of Defense of Russia), St. Petersburg, Russia

Abstract. The article is devoted to the consideration of the main provisions of the technology for the synthesis of radio-electronic suppression complexes for the group defense of aircraft of the Navy, based on the system approach using the provisions of the general theory of hierarchical multi-level systems and methods of investigating operations. An example of using the proposed technology for substantiating the characteristics and parameters of complexes is given.

Keywords: aviation complex, radio electronic suppression, group defense, radio electronic means.

Задача оптимизации бортового радиоэлектронного оборудования авиационных комплексов относится к категории задач синтеза. Сложность решения подобных задач обусловлена, во-первых, их многомерностью, во-вторых, необходимостью оптимизации системы одновременно с оптимизацией надсистемы при условии обеспечения координации принимаемых решений. При этом должны быть учтены как требования, так и ограничения: массогабаритные, энергетические, стоимостные.

Синтез комплексов радиоэлектронного подавления (КРЭП) групповой защиты (ГЗ), размещаемых на авиационных комплексах (АК) радиоэлектронной борьбы (РЭБ) ВМФ не является исключением. Тем более, когда речь идет не об одном комплексе на конкретном носителе, а о построении системы комплексов с выбором носителей для решения совокупности стоящих задач.

Для такого синтеза предлагается использовать технологию, разработанную в [1] применительно к многофункциональной интегрированной радиоэлектронной системе и нашедшую свое развитие в [2] применительно к РЛС. Технология основана на системном подходе с использованием положений общей теории иерархических многоуровневых систем [3] и методов исследования операций [4].

Важнейшим положением предлагаемой технологии синтеза является декомпозиция оптимизируемой системы, которая в ряде случаев и позволяет перейти от параллельного (одновременного) к комбинированному последовательно-параллельному более просто реализуемому варианту синтеза.

Второе положение касается предлагаемого методического аппарата синтеза и заключается в применении вероятностных показателей эффективности, имеющих ясный физический смысл, относительно просто рассчитываемых, однозначно связанных с тактическими характеристиками КРЭП, обеспечивающих координацию принимаемых на различных уровнях описания системы решений.

Третьим положением, позволяющим обеспечить реализуемость процесса синтеза, является ограничение количества варьируемых переменных конструктивно-техническими параметрами (КТП) и, соответственно, сокращение количества генерируемых и оцениваемых альтернатив. Тактические и технические характеристики могут быть представленными как производные от КТП.

Четвертое положение связано с необходимым для процедуры синтеза обеспечением оперативности расчетов за счет применения методов аналитического моделирования, различного рода обоснованных аппроксимаций, упрощений и допущений.

Применительно к рассматриваемой задаче декомпозиция оптимизируемой системы заключается в выделении КРЭП ГЗ как отдельной системы авиационного комплекса, что позволяет его исследовать независимо от других систем. В свою очередь, КРЭП ГЗ представляется состоящим из элементов: подсистемы активных помех (ПАП) и информационно-управляющей подсистемы (ИУП), которые также исследуются независимо друг от друга.

Вероятность решения стоящей задачи предлагается заменить вероятностью выполнения совокупности требований. Требования же могут и должны быть получены ранее на более точных имитационных моделях. Для комплекса РЭП и его подсистем требования заключаются в эффективности разведки и подавления радиоэлектронных систем (РЭС) - объектов РЭП. Для снижения многомерности требования целесообразно задавать применительно к ограниченному числу объектов подавления. При оценке важности РЭС - объектов РЭП должны учитываться роль и место РЭС в системе ПВО корабельной группировки противника и возможность создания им эффективных помех. Для этого предлагается использовать следующие показатели:

коэффициент, характеризующий уникальность РЭС (величина, обратная степени информационного дублирования);

коэффициент, характеризующий количество потребителей данных, получаемых РЭС;

коэффициент, характеризующий влияние РЭС на эффективность;

коэффициент, характеризующий возможность подавления РЭС КРЭП ГЗ;

коэффициент, характеризующий проблематичность подавления РЭС комплексом индивидуально-взаимной защиты.

Перечисленные факторы оценивают качественно или количественно.

Однозначная связь между КТП, тактическими и техническими характеристиками при решении подобных задач может быть учтена в разных вариантах. Первый - от требований: сверху вниз. То есть, сначала рассчитываются тактические характеристики, обеспечивающие высокую вероятность выполнения требований, затем необходимые КТП. Зная массогабаритные ограничения, проверяется их выполнение. Второй вариант - от массогабаритных характеристик, снизу вверх. В пределах массогабаритных ограничений генерируется вариант КТП, для него сначала оцениваются технические, затем тактические характеристики и вероятность выполнения требований. Возможны промежуточные варианты. Аналитические выражения, связывающие тактические с техническими характеристиками, входящие в состав методик оценки эффективности КРЭП и его подсистем, в большинстве своем известны из литературы [5, 6 и др.]. Некоторые из них рассмотрены ниже. Выражения, связывающие технические характеристики с КТП, входящие в состав моделей учета массогабаритных характеристик, могут быть получены на основе анализа существующей и разрабатываемой аппаратуры. Но, в любом случае массогабаритные и энергетические ограничения на аппаратуру формируются на основе знаний о ее носителе, о массогабаритном и энергетическом ресурсах, выделяемых на КРЭП ГЗ.

Следует заметить, что выбор наиболее эффективных из альтернативных подсистем КРЭП ГЗ выполняется на третьей итерации синтеза. До третьей должны быть проведены первая и вторая итерации. На первой предварительно должны быть выбраны носители комплексов. При выборе носителей предлагается учитывать следующие факторы:

готовность АК к серийному производству и их ожидаемое количество;

потенциальная возможность размещения соответствующей аппаратуры;

летно-технические характеристики АК и соответствие их предварительно сформированным требованиям;

при рассмотрении многоцелевых АК - перечень задач, возложенных на авиационный комплекс;

при рассмотрении корабельных АК - возможность базирования их на корабле.

Перечисленные факторы также можно учитывать качественно или количественно.

На второй итерации на основе распределения массогабаритного ресурса между КРЭП ГЗ, системами навигации, связи, обороны и т.д. должны быть определены массогабаритные и энергетические ограничения, накладываемые на комплекс групповой защиты.

Таким образом, на первой итерации принимаются решения по выбору носителей, то есть решается задача на уровне АК РЭБ. На второй итерации принимаются решения по определению характеристик и параметров КРЭП ГЗ, то есть решается задача на уровне систем АК РЭБ и уточняются решения принятые на уровне АК РЭБ. На третьей итерации принимаются решения по выбору подсистем КРЭП ГЗ, то есть решается задача на уровне элементов систем АК РЭБ и уточняются решения, принятые на уровне АК РЭБ и систем АК РЭБ. Технологическая схема комбинированного синтеза КРЭП ГЗ приведена на рис. 1.

Рис. 1 - Структурная схема синтеза КРЭП ГЗ

В качестве основной характеристики (или основного показателя эффективности) ПАП при подавлении РЛС предлагается использовать снижение вероятности информационного обеспечения (ИО) применения оружия (сил) на заданной дальности (или снижение дальности ИО с заданной вероятностью) при воздействии помех. Под вероятностью ИО применения оружия (сил) будем понимать среднюю вероятность решения совокупности задач по обнаружению целей, определению их координат с заданной точностью и распознаванию на требуемом интервале удалений [1]. Вместо снижения вероятности (дальности) ИО в целях упрощения вычислений может быть использована одна из ее составляющих - снижение вероятности (дальности) обнаружения целей.

Заметим, что аналогично, на основе расчета снижения вероятности или дальности связи, ухудшения точности определения координат в условиях помех можно оценить эффективность ПАП при подавлении систем связи и бортовых навигационных систем.

Что касается ИУП, в качестве основного показателя эффективности предлагается использовать вероятность ИО применения помех, представляющую собой произведение вероятностей обнаружения, определения координат и распознавания РЭС на заданной дальности. Аналогично, вместо вероятности (дальности) ИО применения помех в целях упрощения вычислений может быть использована одна из ее составляющих - вероятность (дальность) обнаружения РЭС.

Таким образом, именно к перечисленным параметрам ПАП и ИУП и предлагается задавать требования.

При допущении о независимости перечисленных событий для вероятности ИО можно записать:

, (1)

где Wо - вероятность обнаружения целей на заданной дальности; Wско - вероятность определения координат целей с заданной точностью; Wрасп - вероятность распознавания целей; R1, R2 - границы интервала удалений цели, на котором решается задача ИО.

Для упрощенного случая: Wско = 1; Wрасп = 1; , тогда Wио ? Wо.

Известно, что для аппаратуры радиотехнической разведки (РТР), входящей в состав ИУП, величина энергетической составляющей вероятности обнаружения цели на заданной дальности зависит от отношения сигнал/шум по мощности одного импульса q1. Для РЛС, кроме q1, энергетическая составляющая определяется количеством накапливаемых импульсов.

С учетом совместного влияния на параметр обнаружения преднамеренных помех и отражений от подстилающей поверхности применительно к РЛС:

, (2)

где Pи рлс, Gа рлс - импульсная мощность и коэффициент усиления антенны РЛС; л , фи - длина волны и длительность импульса; Kп рлс, Kп атм - коэффициенты потерь радиоволн в РЛС суммарный и в атмосфере при распространении до цели и обратно; уц, R - эффективная поверхность рассеяния цели и дальность до цели; Nп, Nш - спектральные плотности мощности (СПМ) помехи, создаваемой КРЭП, и внутреннего шума приемника РЛС; Nф - СПМ отражений от подстилающей поверхности; Pн - вероятность накрытия импульсов помехой.

Для СПМ помехи с учетом [5]:

, (3)

где Pср пап, Gа пап - средняя мощность и коэффициент усиления антенны ПАП; зрлс - уровень боковых лепестков (УБЛ) диаграммы направленности антенны (ДНА) РЛС в направлении на КРЭП; Kп пр рлс, Kп пр атм - коэффициенты потерь на прием в РЛС и в атмосфере при распространении радиоволн на интервале между подавляемой РЛС и постановщиком; Rуд - удаление постановщика от РЛС; Дfп - полоса частот излучаемой помехи.

Для аппаратуры РТР, использующей квадратичный детектор, на основе [6]:

, (4)

где ;

Pс вх рлс - мощность сигнала обнаруживаемой РЛС на входе аппаратуры РТР; - мощность шума приемника аппаратуры РТР, пересчитанная ко входу; зртр - УБЛ ДНА аппаратуры РТР; Gа ртр, Nш ртр - коэффициент усиления антенны и СПМ шума приемника аппаратуры РТР; Kп ртр - суммарный коэффициент потерь в аппаратуре РТР.

Надо заметить, что именно значения средней мощности Pср пап и коэффициента усиления антенны Gа пап ПАП, чувствительности Pш вх ртр и коэффициента усиления антенны Gа ртр аппаратуры РТР ИУП, входящие в (3) и (4), зависят от массогабаритных характеристик, то есть функционально связаны с КТП. Следовательно, задавая требования к вероятности ИО или дальности обнаружения целей РЛС в условиях создаваемых помех, можно найти требуемые значения перечисленных технических характеристик. С учетом накладываемых массогабаритных и энергетических ограничений - найти достижимые технические характеристики. Сравнение достижимых характеристик с требуемыми значениями позволяет выделить реализуемые варианты, имеющие максимальную эффективность.

Аналогично, задавая требования к вероятности ИО или дальности обнаружения аппаратурой РТР сигналов РЛС, можно найти требуемые значения технических характеристик аппаратуры РТР. Зная массогабаритные и энергетические ограничения, получить достижимые технические характеристики данной аппаратуры. Затем выделить реализуемые варианты, которые имеют максимальную эффективность.

Рассмотрим пример применения предлагаемой технологии синтеза КРЭП.

Предположим, на первой итерации синтеза, на основе анализа возможных вариантов АК, выбраны потенциальные носители КРЭП ГЗ разной размерности: АК1, АК2… АКL и определены массогабаритные и энергетические ограничения на бортовое радиоэлектронное оборудование: М1, М2… МL, S1, S2… SL, Э1, Э2… ЭL.

Для формирования требований построены модели применения АК РЭБ, которые представлены в виде типовых эпизодов ТЭ1, ТЭ2, … ТЭI. Применительно к каждому эпизоду сформированы объекты защиты: ОЗ11,ОЗ12, …ОЗIK, определены задачи РЭБ и РЭС - потенциальные объекты РЭП. В результате проведенной оценки выделены наиболее важные из них: РЭС1, РЭС2,… РЭСJ. Применительно к ним созданы описательные модели и сформированы тактические требования к дальности подавления, секторам создания помех, угловому разносу «объект защиты - постановщик помех», удалению постановщика.

На второй итерации на основе априорных данных или выполненных оценок определены массогабаритные и энергетические ограничения на КРЭП ГЗ: Мкрэп1, Мкрэп2… МкрэпL, Sкрэп1, Sкрэп2… SкрэпL, Экрэп1, Экрэп2… ЭкрэпL и уточнен перечень АК - носителей комплексов.

На третьей итерации с использованием методик оценки эффективности подсистем КРЭП, включающих, в том числе, выражения (2) - (4), построены графики, характеризующие возможности обнаружения объектов защиты подавляемыми РЛС в условиях помех, создаваемых ПАП с различными значениями энергопотенциала () при заданных значениях углового разноса и удаления постановщика. А также графики, характеризующие возможности обнаружения излучения подавляемых РЛС аппаратурой РТР из состава ИУП. На основе анализа графиков определены требуемые для обеспечения заданных величин дальности подавления Rп значения энергопотенциала ПАП при создании как маскирующей, так и имитирующей помехи. Определены также требуемые для обеспечения обнаружения сигналов подавляемых РЛС при заданных удалениях постановщика Rуд значения чувствительности и коэффициента усиления антенны аппаратуры РТР из состава ИУП.

На рис. 2. приведен пример определения требуемого энергопотенциала ПАП для обеспечения дальности подавления Rп при создании помех РЛС с удалений Rуд1 и Rуд2.

С использованием модели учета массогабаритных характеристик построены зависимости достижимых значений технических характеристик ПАП и ИУП от массы в условиях заданных ограничений на площадь и размеры антенн. На рис. 3. приведен пример указанных зависимостей применительно к ПАП

Рис. 2 - Зависимости вероятности обнаружения РЛС защищаемого объекта без помех (1) и в помехах, создаваемых ПАП с энергопотенциалом: 2 - ЭП1 , 3 - ЭП2, 4 - ЭП3 , 5 - ЭП4 с удалений Rуд 1 (а) и Rуд 2 (б) (ЭП1 < ЭП2 < ЭП3 < ЭП4; Rуд2 < Rуд 1)

Рис. 3 - Зависимости технических характеристик ПАП от массы подсистемы для различных длин волн РЛС: 1- л 1; 2 - л 2; 3 - л 3 (л 1 < л 2 < л 3)

На основе анализа подобных зависимостей для значений вышеуказанных массогабаритных ограничений Мкрэп1, Мкрэп2… МкрэпL, Sкрэп1, Sкрэп2… SкрэпL определены достижимые при размещении на различных носителях значения энергопотенциала ПАП, чувствительности и коэффициента усиления антенны аппаратуры РТР из состава ИУП.

Далее осуществлена корректировка достижимых значений технических характеристик с учетом ограничений по энергопитанию Экрэп1, Экрэп2… ЭкрэпL.

Путем сравнения достижимых значений с требуемыми уровнями определены технические характеристики комплексов, которые могут быть реализованы при размещении аппаратуры на конкретных летательных аппаратах.

Заключение

Таким образом, в статье предлагается технология синтеза КРЭП ГЗ, которая позволяет обосновать требуемые тактико-технические характеристики и конструктивно-технические параметры системы комплексов с учетом их реализуемости при размещении на летательных аппаратах ВМФ. Учет реализуемости требований позволяет уточнять назначение и задачи АК РЭБ морской авиации ВМФ, определять направления совершенствования и дальнейшего развития летательных аппаратов - носителей комплексов и применяемой элементной базы, более конструктивно осуществлять проектирование техники радиоэлектронного подавления.

Литература

1. Мочалов С.А. Автоматизированный синтез многофункциональной интегрированной радиоэлектронной системы. Методология исследования авиационных комплексов ВМФ. М.: Радиотехника, 2014. - 237 с.

2. Мочалов С.А. Основы методологии синтеза бортовой радиолокационной системы авиационного комплекса // Успехи современной радиоэлектроники, 2016, № 1. - C. 18-26.

3. Месарович М.Д. и др. Теория иерархических многоуровневых систем: пер. с англ. И.Ф.Шахнова. М.: Мир. 1973. - 344 с.

4. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Сов. радио. 1972. - 551 с.

5. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио. 1968. - 444 с.

6. Klipper. K. Sensitivity of crystal videoreceivers with RF-amplification // Microwave journal. 1965. Volume № 8. Auqust. - C.85-92.

References

1. Mochalov S.A. Automated synthesis of a multifunctional integrated radio-electronic system. Methodology for the study of naval aviation complexes. Moscow: Radio Engineering, 2014. - 237 p.

2. Mochalov S.A. Fundamentals of the methodology for the synthesis of the airborne radar system of the aviation complex // Uspekhi modern radioelectronics, 2016, No. 1. - Pp. 18-26.

3. Mesarovic M.D. and others. The theory of hierarchical multi-level systems: trans. with English. I.F. Shakhnov. Moscow: Mir. 1973. - 344 p.

4. Wentzel E.S. Operations research. Moscow: Sov. radio. 1972. - 551 p.

5. Vakin S.A., Shustov L.N. Fundamentals of radio interference and radio technical intelligence. Moscow: Sov. radio. 1968. - 444 p.

6. Klipper. K. Sensitivity of crystal videoreceivers with RF-amplification // Microwave journal. 1965. Volume number 8. Auqust. - Pp.85-92.

Размещено на Allbest.ru