книги из ГПНТБ / Васильев Г.А. Повышение эффективности комплексной автоматизации

Г л а в а п е р в а я

МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

1.1. Проблема передачи радиолокационной информации в автоматизированных системах управления

В настоящее время тенденцией развития автоматизи­ рованных систем контроля воздушного пространства и управления зоздушным движением являются постоянно возрастающие требования к точности и быстродействию функционирования, надежности и полноте выполняемых задач.

Общая проблема создания автоматизированных си­ стем контроля и управления включает ряд проблем, среди которых одной из наиболее актуальных является передача в центр управления информации о координа­ тах и других характеристиках объектов, находящихся

взоне действия системы. Высокая эффективность управ­ ления может быть достигнута только в том случае, если

вцентр управления системы непрерывно поступает точ­ ная информация обо всем множестве объектов, движу­ щихся с высокими скоростями в воздушном пространст­ ве зоны управления, протяженность которой может до­

стигать нескольких сотен и даже тысяч километров. Перечисленные факторы, часто приводящие к противо­ речивым техническим требованиям, определяют слож­ ность проблемы передачи информации в автоматизиро­ ванных системах управления [1].

Сравнение тактических задач в системах мирного и военного назначения показывает общность проблемы пе­ редачи информации для контроля воздушного простран­ ства и управления воздушным движением в районах большой протяженности (2—4]. Следует отметить, что эта общность не означает полной тождественности методов и средств решения проблемы [5].

11

Основную информацию о координатах наблюдаемых

обзора. Увеличение протяженности районов управления приводит к тому, что эффективный радиолокационный контроль не может быть успешно осуществлен с помо­ щью одной РЛС, размещенной в центре управления, вследствие ограниченной дальности радиолокационного наблюдения (2, 5]. Последнее обстоятельство обусловлено предельными тактическими и техническими характеристи­ ками РЛС, такими как: ограничение зоны видимости в связи с наличием углов закрытия и кривизной земной поверхности: ограничение видимости в ближней зоне изза отражений от местных предметов, а также в связи с наличием «мертвой» зоны в вертикальной диаграмме направленности РЛС; ограничение предельной мощности передатчика и предельной чувствительности приемника

и др.

Поэтому создание автоматизированных систем кон­ троля и управления в территориальных районах боль­ шой протяженности требует применения нескольких, иногда разнородных, РЛС для достаточно полного обзо­ ра всего воздушного -пространства [2, 5]. В -связи с этим существует необходимость передачи на большие рас­ стояния информации РЛС, размещенных на площади протяженных районов управления, в центр управления автоматизированной системы. В целом ряде случаев про­ блема передачи радиолокационной информации возни­ кает также в связи с требованиями мобильности центра управления системы.

При решении -проблемы оперативного контроля и управления встают две задачи:

—обнаружение и оценка координат целей по радио­ локационным данным;

—преобразование и передача сигналов о координа­

тах целей от источника информации (РЛС кругового обзора) к потребителю (в центр управления) по каналу

связи.

Задача предварительной селекции целей состоит в исключении помех и выделении полезных сигналов. Подробное изложение данного вопроса дано в [7].

Данная книга посвящена анализу второй задачи, ко­ торая -может быть решена с применением нескольких методов, -рассматриваемых ниже,

12

1.2. Классификация методов и характеристики систем передачи радиолокационной информации

Основным признаком при классификации методов и систем передачи радиолокационной информации являет­ ся уровень автоматизации выполняемых функций. В со­ ответствии с этим все существующие методы могут быть разделены на три: неавтоматизированные, полуавтома­ тические, автоматические.

Выбор метода передачи радиолокационной информа­ ции и принципов его технической реализации, наиболее приемлемых для решения конкретной практической за­ дачи, а также сравнительная оценка методов и соответ­ ствующих им систем возможны в результате анализа целого ряда характеристик. Основными характеристика­ ми систем передачи радиолокационндй информации являются: помехоустойчивость; точность передачи коор­ динат; разрешающая способность; запаздывание инфор­ мации; пропускная способность; необходимый канал связи; модальность представления выходной информа­ ции; сложность технической реализации. Поясним смысл названных характеристик.

Под помехоустойчивостью системы передачи радио- t локационной информации будем понимать способность удовлетворительно функционировать при определенной величине отношения сигнала и помехи (пассивного и активного характера) на выходе приемника РЛС. ->

Точность передачи характеризуют обычно ошибками между координатами целей на выходе системы по отно­ шению к координатам на входе.

Разрешающая способность системы показывает, при каком минимальном расстоянии между целями они мо­ гут быть восприняты раздельно.

Запаздывание информации характеризует величину временной задержки, как правило случайной, между по­ ступлением сигналов, отраженных от целей на вход си­ стемы, и появлением их на выходе.

Под пропускной способностью понимают количество целей, которые могут быть переданы системой в едини­ цу времени без существенного снижения качества ее ра­ боты.

Необходимый канал связи — одна из наиболее^ важ­ ных характеристик системы. Вопросы 'Практической реа­ лизации системы решаются обычно тем легче, чем более

13

низкими характеристиками обладает канал связи для обеспечения ее работоспособности.

Модальность представления выходной информации (в виде графических зависимостей, алфавитно-цифровых обозначений, электрических сигналов и т. д.) оказывает существенное влияние на процессы ее дальнейшей обра­ ботки и использования в центре управления.

Сложность технической реализации и связанные обычно с этой характеристикой надежность и стоимость определяют возможности практического использования системы. При технической реализации той или иной си­ стемы передачи информации, как правило, должны учи­

здания.

В настоящее время представляется затруднительным дать 'количественную оценку методов и характеристик систем передачи радиолокационной информации. Поэто­ му ограничимся качественным рассмотрением.

1.3. Неавтоматизированные методы и системы [2, 8, 9]

Неавтоматизированные методы передачи радиолока­ ционной информации и системы, основанные на их при­ менении, появились практически одновременно с первы­ ми РЛС кругового обзора во время второй мировой вой­ ны. Основная задача, которая выполнялась с помощью

В неавтоматизированной системе при обнаружении на экране индикатора кругового обзора РЛС отметок от самолетов противника оператор с помощью средств теле­ фонной связи передает в центр противовоздушной обо­ роны сообщение о воздушном нападении. Малая даль­ ность действия зенитных установок делала нецелесооб­ разным решение задач целераспределения и целеуказа­ ния по данным, получаемым с помощью неавтоматизи­ рованной системы.

Малый объем передаваемой радиолокационной ин­ формации при выполнении задач оповещения дает воз­ можность использования телеграфных каналов связи и соответствующей аппаратуры. В этом случае данные о координатах и других характеристиках наблюдаемых

и

объектов (целей) также снимаются визуально с экрана индикатора РЛС оператором и сообщаются оператору, который передает эту информацию в центр управления с помощью телеграфной аппаратуры. В центре управле­ ния следующий оператор считывает полученную инфор­ мацию и сообщает ее другому оператору для нанесения координат целей на планшет воздушной обстановки. Преимущества системы, обусловленные использованием телеграфной аппаратуры и каналов связи, сопряжены таким образом с увеличением количества операторов, непосредственно занятых процессом передачи информацип.

В неавтоматизированных системах задача предвари­ тельной селекции выполняется оператором, который про­ изводит обнаружение и съем 'координат целей с экрана индикатора РЛС на фоне шумов и помех. Квалифици­ рованный оператор способен выполнять эту задачу при отношениях сигнала к шуму, близких, а иногда и мень­ ших единицы. Вследствие этого применение устройств предварительной селекции не является необходимым, хотя в условиях сложной обстановки при высоком уровне помех возможны случаи потери целей и ложного обна­ ружения их оператором.

Точность передачи координат целей в неавтоматизи­ рованной системе невысока. Это объясняется в первую очередь несовершенством процессов визуального опреде­ ления координат целей. Визуальному съему свойственны интерполяционные ошибки при отсчете координат целей, находящихся между масштабными метками, грубые ис­ кажения, связанные с неверным подсчетом меток. Кроме того, ошибки возникают в процессе передачи координат целей и фиксации их на планшете воздушной обстанов­ ки. Точность системы в целом зависит от квалификации операторов и условий их работы.

Неавтоматизированные системы обладают высокой разрешающей способностью вследствие участия опера­ тора в процессе распознавания целей. Оператор может не только воспринять раздельно отображаемые на инди­ каторе отметки целей, но по характеру отметки часто определить количество целей в группе и затем пере­ дать воспринятую информацию потребителю.

В неавтоматизированных системах запаздывание ин­ формации может достигать нескольких минут. Большая величина запаздывания является прямым следствием уча­

15

стия операторов в процессе передачи информации и ото­ бражения ее .в центр управления.

Пропускная способность системы определяется ско­ ростью работы операторов. В условиях сложной, быстро изменяющейся обстановки операторы не успевают пере­ давать и фиксировать информацию. Повышение темпа передачи приводит обычно к быстрому утомлению опера­ торов, снижению точности и грубым ошибкам в отсчете координат целей.

Требования к каналам связи, которые используются в неавтоматизированных системах, невысоки. Избыточ­ ность речи и возможность переспроса позволяют приме­ нять низкокачественные телефонные каналы для пере­ дачи радиолокационной информации. Практически те же самые соображения справедливы и при использовании телеграфных каналов связи.

Выходная информация представляется обычно в виде графического изображения координат на планшете воз­ душной обстановки. Такая модальность представления практически исключает последующую автоматизацию об­ работки с применением вычислительных средств.

Неавтоматизированные системы передачи радиолока­ ционной информации просты по своей технической реа­ лизации. По существу, это системы, основную роль в ра­ боте которых выполняет коллектив операторов. Такие системы для своего функционирования требуют .мини­ мума технических средств. Это средства связи и план­ шеты для отображения полученных данных.

1.4.Полуавтоматические методы

исистемы [7, 9, 10]

Следующий этап эволюционного развития методов передачи радиолокационной информации связан с созда­ нием полуавтоматических систем. Упрощенная схема системы показана на рис. 1.1.

Сигналы (отметки от целей) с полярными координа­ тами DMC , ,6рлс из приемного тракта РЛС поступают на

индикатор съема с дискретностью, определяемой перио­ дом обзора Г0бз. Оператор, наблюдая за экраном инди­ катора, обнаруживает цели и в соответствии с регламен­ том работы принимает решение об их передаче. Пере­ дача координат целей производится путем совмещения

16

отметки от цели на экране индикатора и электронной маркерной отметки. Это совмещение выполняется опера­ тором вручную с помощью электромеханического устрой­ ства съема координат. В момент совмещения маркерной отметки с отметкой от цели положение устройства съема фиксируется и преобразуется в полярные (Don, р0п) или прямоугольные (хоп, уоп) координаты. При нажатии опе­ ратором кнопки Кл2 координаты с устройства съема по-

Рис. 1.1.

ступают в устройство передачи, где автоматически вы­ полняются операции кодирования и отправки информа­ ции потребителю. Последующие операции в системе: прием, декодирование, выдача информации на приемный индикатор и ввод в вычислительное устройство — также выполняются автоматически.

Помехоустойчивость и разрешающая способность по­ луавтоматических систем, так же как и неавтоматизиро­ ванных, определяется качеством работы оператора. Сня­ тые координаты (Don, или .т0п, г/оп) отличаются от координат цели (Прлс , (Зрлс). получаемых от РЛС.

Ошибки возникают в результате неточности совмеще­ ния оператором маркерной отметки с отметкой цели, а также вследствие технического несовершенства входя­ щих в систему устройств (нелинейность индикатора, люфты в устройстве съема координат, искажения сигна­ лов при передаче и т. д.). Другим серьезным источником ошибок является нерегулярность передачи координат оператором, т. е. случайное запаздывание информации. Причина запаздывания заключается в том, что после появления отметки от цели на экране индикатора опера­ тор должен ее обнаружить, совместить с ней маркерную отметку и произвести передачу. Этот комплекс действий выполняется оператором со скоростЫФр'^звшгсящей - от

сложности обстановки, отображаемой на экране индика­ тора, наличия активных и пассивных помех, количества целей, координаты которых должны быть переданы за время ГобзКачество работы оператора изменяется вслед­ ствие утомления, воздействия внешних раздражителей, под влиянием изменения эмоционального состояния и т. д. Случайное запаздывание информации в полуавто­ матической системе составляет в среднем несколько се­ кунд, что при скоростях современных летательных аппа­ ратов может приводить к значительным ошибкам. Слу­ чайный характер запаздывания информации затрудняет коррекцию вызванных им ошибок в последующих звеньях системы.

Таким образом, участие оператора в процессе съема и передачи информации приводит к появлению коорди­ натных ошибок и запаздыванию информации. Пропуск­ ная способность полуавтоматической системы невелика, так как один оператор может обеспечить съем и пере­ дачу координат 3—5 целей с допустимыми задержками. Повышение пропускной способности системы достигает­ ся в результате параллельной работы нескольких опера­ торов, каждый из которых обычно имеет свой индикатор с устройством съема координат. Остальные устройства системы обычно являются общими для всех операторов.

В полуавтоматических системах при малом объеме передаваемой информации (количестве целей в зоне об­ зора РЛС) возможно использование телеграфных кана­ лов связи. Увеличение количества целей приводит к не­ обходимости применения телефонных каналов. При этом в обоих случаях требуется высокая достоверность пере­ дачи информации вследствие сокращения ее избыточно­ сти. Для повышения достоверности передачи применяют­ ся коды с обнаружением и исправлением ошибок, сред­ ства коррекции частотно-фазовых характеристик каналов и т. д.

Информация с выхода приемного устройства полу­ автоматической системы может быть подана на индика­ тор, а также введена в вычислительное устройство вто­ ричной обработки, что облегчается вследствие относи­ тельно малого объема информации, а также малого ко­ личества «ложных» целей.

В более совершенных полуавтоматических системах передачи радиолокационной информации получили при­ менение устройства полуавтоматического сопровождения

18