
книги из ГПНТБ / Михайлов Б.А. Авиационные радиоэлектронные комплексы и их эксплуатация
.pdfвыходе из строя трех или более частей комплекса вероятность выполнения боевой задачи становится равной нулю. Тогда эф фективность комплекса можно охарактеризовать безусловной вероятностью выполнения боевой задачи, представленной урав нением
|
|
|
|
(N-i)N |
|
|
fr-p, |
|
|
|
|
|
||
w=IV„+z4-«i+,g , e4 wij] |
|
|
|
|
Ц.Ю |
|||||||||
|
|
|
L=1 |
Z/=2 |
|
|
|
П ’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где PH |
- |
вероятность |
безотказного |
функционирования все |
||||||||||
|
|
го |
комплекса; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ql |
- |
вероятность |
такого |
состояния |
комплекса, |
когда |
||||||||
|
|
из |
строя |
вышла только |
I |
- тая |
часть; |
|
|
|||||
H-Lj |
- |
вероятность |
такого |
состояния |
комплекса, |
когда |
||||||||
|
|
из |
строя |
вышли только |
L -тая |
и |
j |
-тая |
части. |
|||||
При независимости выхода из строя отдельных частей |
||||||||||||||
комплекса можно записать |
уравнения |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Qi = рН1% 2 • • • V / j V - W m * |
|
|
|
|
|
|
|
{ ш ) |
||||||
Qij =PHiРн2 • |
' • |
Рнач) (!-Р и № м |
’ • • |
Ри(М) 0-Ря})Рн( м |
" 'Рн„ ■ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1. 11) |
Проиллюстрируем приведенные выше уравнения на примере |
||||||||||||||
комплекса, |
состоящего |
из |
трех частей |
( N |
= 3 ) , |
при |
условии, |
|||||||
чтоPHf = P„z = Р |
; РГ = Рп |
= I ; |
IV, = 0. |
Соответственно |
Ц 2 = |
|||||||||
= IV/j = 0. |
Тогда из уравнений |
(1 .9 ) |
- |
( I . I I ) |
находим |
|
||||||||
IV = W0F 3+ W2P2(1-P)+ W3P2(f-P) + W23P({-P)2. |
|
|
(1.12) |
|||||||||||
Для примера в таблице 1.2 приведены варианты характе |
||||||||||||||
ристик комплекса при |
Рг = Рп |
= |
I. |
|
Т а б л и ц а 1.2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Вариант |
|
|
IV2 |
|
|
|
^23 |
Р |
|
|
IV |
-Чг-Р3 |
||
I |
0,90 |
0,80 |
|
0,70 |
|
0,50 |
0,80 |
0,55 |
|
0,51 |
||||
П |
0,90 |
0,50 |
|
0,30 |
|
0,10 |
0,85 |
0,64 |
|
0,61 |
||||
Ш |
0,90 |
0,85 |
|
0,85 |
|
0,80 |
0,75 |
0,66 |
|
0,42 |
||||
ТУ |
0,70 |
0,50 |
|
0,30 |
|
0,10 |
0,85 |
0,52 |
|
0,61 |
60
Из таблицы видно, что вероятность выполнения боевой задачи комплексом, состоящим из нескольких частей, когда выход некоторых из них не приводит к прекращению работы комплекса, может быть выше, чем вероятность Рн его нор
мального |
функционирования. В то |
же время для |
простейшего |
случая, |
когда к/ = W0 Р н -Рг -РП1 |
вероятность |
выполнения |
боевой задачи не может быть выше вероятности безотказной работы комплекса ( Рн -Рг -Рп 4 4 ).
Расчет эффективности РЭК производится для конкретных условий его работы. Задаются боевая задача, условия подго товки к ее выполнению. Например, Рг зависит от времени * суток и года, от степени укомплектованности части личным составом, от организации работ и т .д .
Рассмотрим общие принципы расчета боевой эффективнос ти РЭК
Для большинства случаев требуется определить полный (безусловный) критерий эффективности с учетом всех возмож ных случайных факторов, - действующих при функционировании комплекса. Заметим, что при определении условного критерия значение случайных факторов искусственно фиксируется, т . е . полагается, что произошло то или иное событие и случайные величины приняли определенные значения.
Критерии полной эффективности РЭК можно определить следующим образом:
I . При дискретной структуре анализируемых явлений, когда вероятность выполнения комплексом своих функций ( т . е . вероятность некоторого события й ) определяется состояниями РЭК Sf,Sz,S3,...Sn , образующих полную группу несовместных со бытий, эффективность рассчитывается по формуле полной вероят ности
где P(Si) |
- |
вероятность состояния S; (гипотезы); |
||
р (— ) |
- |
условная |
вероятность |
события й при реализации |
*** |
|
состояния |
комплекса |
. |
61
2. При непрерывной структуре анализируемых явлений имеется бесконечное множество состояний комплекса, харак
теризуемых непрерывными случайными величинами. |
|||||||||
Пусть вероятность IV |
некоторого |
события зависит от |
|||||||
нескольких |
случайных величин |
S f,S2,S3,..., S K |
и известна |
||||||
условная |
вероятность |
события |
Д |
при |
заданных значениях этих |
||||
величин to |
(S{)S2, S3, |
, SK) |
и пусть |
известен |
закон распреде |
||||
ления совокупности этих величин, |
заданный плотностью веро |
||||||||
ятности y>(Si,S2>S3,...,S/<). Тогда IV |
определяется по ин |
||||||||
тегральной |
формуле полной вероятности |
|
|
||||||
+ оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W =JJ • • • |
(SfrS2,S3,. ..,S/<)y>(Sf,S2,--->SK)dSf dS2 dS3 ...dSK . |
||||||||
—©© |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимо заметить, |
что сказанное выше в полной мере |
||||||||
относится |
|
как ко всему комплексу, так |
и к специализирован |
||||||
ным системам как составным частям РЭК. |
|
|
|||||||
При анализе эффективности комплекса или |
системы во |
всех случаях необходимо четко определить, что понимается под выполнением комплексом или системой всех функций и как это влияет на решение боевой задачи.
Мерой качества каждой системы РЭК являются ее рабочие характеристики или параметры a-L . Системы, свойства кото рых определяются одним параметром (качеством;, называются
одномерными, а |
системы, свойства которых определяются нес |
||
колькими параметрами, - многомерными. |
|
||
Допустим, |
что |
система может находиться в п |
состояниях, |
образующих полную группу несовместных событий sf,s2,s3,...,sn. |
|||
Каждому состоянию |
соответствует определенное |
значение |
|
параметра a-L |
для одномерной системы и совокупность значе |
||
ний параметра |
alL, |
a2i,...,ami для многомерной системы, кото |
|
рые являются мерами качества системы. Тогда каждому значению |
параметра a-L соответствует определенная вероятность выпол нения заданных функций (события Д ), т . е . условная вероят ность Р (j^r) . При расчетах N сложных радиоэлектронных систем целесообразно строить структурные модели, на которых
62
изображают возможные состояния системы |
, характеризуе |
|
мые параметрами |
а- . |
|
Условно эти |
состояния изображаются в |
виде элемента с |
соответствующими значениями вероятностей их появления P(oL). Последовательно с каждым элементом модели S-t изображается элемент, в котором указывается значение вероятности р (§г)
(рис. I . I 9 ) . Преобразования структурных моделей осуществля ются по следующим правилам: при последовательном соединении
Р и с . 1 .19
элементов модели их значения вероятностей перемножаются; при параллельном - складываются.
Наиболее трудно на практике установить вероятностную зависимость между параметрами системы и возможностью вы
полнения ею своих функций , т . е . |
определить вероятность |
. По виду этой зависимости радиоэлектронные систе |
|
мы можно разделить на две группы, |
которые принято называть |
простыми и сложными системами. |
|
63
|
Система называется простой, |
если при всех возможных |
||
значениях |
параметра щ, аг, ..., ап |
условные |
вероятности |
|
Р ( ^ ) |
Р \щ ) М0ГУТ принимать только |
два значения: |
||
I или |
и. |
|
|
|
|
Структурная модель простой системы приведена на |
|||
рис. |
1.20. |
К числу простых систем можно отнести все устрой |
||
ства, |
которые выполняют свои функции только |
в том случае, |
Р и с . 1.20
если значения ее параметров а- превышают некоторое задан ное а* . Примером такой системы является маркерный при емник, применяющийся при посадке самолетов.
Таким образом, для одномерной простой системы
|
р ( а ? ) '= 1 |
ПР“ |
Ч > а * |
|
И |
<Д\. „ |
при |
aL 4 |
* |
|
Р ( % ) = 0 |
а£ |
64
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p (§r) |
= / |
при |
аI |
< |
а * |
|
|
||
P ( a l ) '° |
|
ПРи |
ai |
|
> |
а * |
• |
|
|
Эффективность одномерной системы определяется следующим |
|||||||||
образом. Если параметр системы задан |
законом распределения |
||||||||
у (а ) и a *-co n st |
(рис. 1 .2 1 ,а ), |
то |
|
|
|||||
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
IV |
= J |
<р(а) da |
|
. |
|
|
(/./5) |
|
|
|
а = а * |
|
|
и |
а |
заданы законом распре |
||
Если параметр системы tf£- =const |
|
||||||||
деления <р(а*) |
(рис. 1 .2 1 ,6 ), |
то |
|
|
|
||||
|
• |
Oi |
ср(а*) da* . |
|
|
(1.16) |
|||
|
W=J |
|
|
||||||
Если а и |
а * |
заданы |
законами распределения |
(р и с Л .21,в ), |
|||||
то |
оо |
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
У =J<?(a)[_Jf)(a*)da* ] da . |
(1.17) |
|||||||
|
—оо |
—OP |
|
|
|
|
|
|
|
Если ср(а) |
и <р(а) |
представлены нормальным |
законом |
||||||
распределения, |
выражение.(I.17) |
можно преобразовать к виду |
|||||||
У - |
Ф |
Пр-а* |
0 = * Г у Ь |
(1.18) |
|||||
|
|
||||||||
|
Я |
Ч + ба2* |
|
|
|
|
|
||
4 |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
- |
табулированная функция Лап- |
|||||
где ф(ф=-==; je x p ^ - jx 2~j dx |
|||||||||
|
и |
|
|
|
|
ласа; |
|
|
|
ао |
а* |
|
|
- |
средние значения |
функций |
|||
|
ио |
|
|
|
4>(а) |
и (р(а*) ; |
|
||
|
и |
|
|
|
|
|
|||
&а |
<Ьа* |
|
|
- |
среднеквадратические откло |
нения функций (р(а) и ф(а*). Заключая краткую характеристику простых систем, сле
дует отметить, что для них понятия эффективности и надежности эквивалентны.
5.Изд.УЧ884 |
65 |
66
Система называется сложной, если вероятность выполне ния возложенных на нее задач является функцией значения параметра. Например, к таким системам относятся радиолока ционные станции, системы радиоуправления ракетами и подоб ные им радиотехнические измерительные устройства, для которых основным измерительным параметром, характеризующим способность выполнения задач, является точность.
Для конкретной системы зависимость Р (§r) = j ( a L) устанавливается экспериментально и по ней может определяться эффективность системы.
При оценке эффективности проектируемых систем обычно задаются законом распределения ошибок измерения в виде графика плотности вероятности.
Если за параметр системы радиоэлектронного оборудования летательного аппарата принять точность, характеризуемую значением среднеквадратической ошибки б , то еле,дует пола гать, что
|
РШ |
= < * |
|
|
|
|
Таким условиям удовлетворяет |
зависимость |
|
||
|
|
|
<=>i |
(1• 19) |
|
|
|
|
6 i0 + |
<$i |
|
|
|
|
|
||
где |
к - постоянная,определяемая |
из условий работы системы. |
|||
|
В зависимости |
от условий задачи, решаемой системой, |
|||
могут |
быть приняты и другие |
функциональные связи, примеры |
|||
которых изображены на рис. |
1.22. |
|
|
67
Проведем анализ эффективности авиационного комплекса наведения истребителя на воздушную цель и определим влияние не нее параметров РЭК.
Комплексная оценка эффективности выполняется на основе методов теории операций. Естественно, в рамках настоящего
пособия |
трудно учесть все факторы, определяющие работу комп |
л е к с а . |
Эта задача представляется весьма сложной. Поэтому |
анализ будет сделан приблизительный, но с учетом всех основ
ных этапов ( фазj |
выполнения боевой |
задачи, свойственных |
|
указанному комплексу. |
|
|
|
Задача перехвата воздушной цели характеризуется сле |
|||
дующими основными |
фазами (этапами;, |
связанными с работой |
|
различных частей |
РЭК; |
|
|
П е р в а я |
ф а з а |
подготовки самолета и наземной |
|
системы к боевому заданию. |
В случае |
успешного выполнения |
этой фазы самолет сможет выполнять задачу перехвата воздуш
ной цели. Эта фаза |
определяется вероятностью |
Р / . |
В т о р а я |
ф а з а дальнего наведения |
истребителя |
на цель с помощью наземной системы наведения. В -случае ус пешного выполнения этой фазы истребитель будет выведен в район цели, при этом взаимное расположение истребителя и цели будет таким, что возможен переход истребителя на са
монаведение. Эта |
фаза определяется |
вероятностью дальнего |
|
наведения истребителя на цель Р2 . |
|
||
Т р е т ь я |
. ф а з а |
самонаведения истребителя на |
|
цель, включающая |
обнаружение |
цели |
с помощью бортовой РЛС и |
вывод истребителя в исходное положение для атаки. В случае успешного выполнения этой фазы состоится атака. Данная фа за определяется вероятностью Р$ .
Ч е т в е р т а я |
ф а з а |
стрельбы. В результате ус |
пешного выполнения этой |
фазы цель |
будет поражена. Определя |
ется вероятностью Р^ .
Заметим, что для более точных расчетов количество фаз можно увеличивать: фаза обнаружения цели бортовой РЛС, фа за возвращения истребителя на свой аэродром и т.п .
68
Вероятность выполнения отдельных фаз зависит от веро ятности надежной работы комплекса {Рн ) и вероятности вы полнения боевой задачи при применении цротивником средств противодействия ( Р п ), в частности радиопротиводействия.
С учетом этого полную вероятность выполнения боевой задачи можно приблизительно представить как произведение вероят ностей выполнения отдельных фаз задачи перехвата. Для рас сматриваемого случая
|
W = P f-P2-P3-P4 -PH-Pn . |
(120) |
Первый этап, характеризуемый вероятностью |
P i= Pr , по |
|
дробно рассматривается в разделе II. Здесь же рассмотрим |
||
методику |
определения вероятности выполнения второго этапа - |
|
дальнего |
наведения. Для простоты будем полагать, что истре |
битель-перехватчик вооружен одной управляемой ракетой класса "воздух-воздух" и его наведение на цель осуществляется толь ко в горизонтальной плоскости. Необходимо при этом иметь в виду, что навести истребитель на цель означает не только,
чтобы он вышел в |
определенную область пространства. Он дол |
||||
жен быть выведен |
так, чтобы направление оси самолета нахо |
||||
дилось в |
пределах некоторого углового сектора, определяемо |
||||
го его маневренными |
свойствами, для осуществления последую |
||||
щего самонаведения на цель. |
|
|
|||
Схема самонаведения истребителя на воздушную цель |
|
||||
представлена на рис. |
1.23. Предполагается, |
что цель движет |
|||
ся с постоянной скоростью Уц , истребитель |
также имеет |
по |
|||
стоянную |
скорость |
Уи , но может совершать |
необходимый маневр. |
||
Дальность обнаружения цели бортовой РЛС истребителя |
|
||||
Угол перехвата J3 |
, |
отсчитываемый между векторами Уи и |
в |
||
момент обнаружения, |
задан методом наведения, условиями пере - |
||||
хвата и |
тактико-техническими характеристиками истребите |
ля и его оборудования. Угол ji , вообще говоря, является слу чайной величиной, но предположим вначале, что он постоянен, а случайный характер его изменения учтем позднее. Будем пользо ваться подвижной системой координат, связанной с целью, от носительно которой рассматривается движение истребителя.
69