Верба В.С. - Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения (Системы мониторинга) - 2008

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

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