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

ется возможность определять однозначно только направление движения объек­ та. Если комплекс перемещается по непрямолинейной траектории, то по четы­ рем измерениям пеленга и навигационным данным можно вычислять коорди­ наты и вектор скорости данных целей. На практике вследствие того, что изме­ рения пеленгов содержат ошибки и траектория движения носителя БРЛС не всегда допускает изменения (или она заранее неизвестна), фактическая точ­ ность сопровождения ИЦ по собственной пеленговой информации данным способом недостаточна. Поэтому разработка метода самотриангуляции, осно­ ванного на обработке собственной пеленговой информации в БРЛС и позво­ ляющего повысить точность оценивания параметров движения ИЦ, является практически важной для повышения помехозащищенности комплекса.

Пусть состояния траектории ИЦ и носителя (подвижного пеленгатора) в де­ картовой неподвижной системе координат заданы соответствующими векторами:

зора); - четырехмерное пространство состояний траекторий.

Тогда значения вектора состояния §Λ цели, движущейся по линейной тра­ ектории, в i-и η -й моменты времени связаны выражением

где В - матрица перехода состояний для прямолинейного равномерного дви­ жения.

Значение азимута цели относительно комплекса в момент времени tA оп­ ределяется функцией наблюдения:

В большинстве практических ситуаций справедливо предположение о нормальном законе распределения ошибок измерения пеленга. Тогда функция

правдоподобия для вектора состояния s)J может быть записана в виде

где φ; - измеренное значение азимута на i-м обзоре; σ2 - дисперсия ошибок

измерения азимута.

Потенциальную точность определения параметров траектории излучаю­ щих объектов можно оценить при помощи информационной матрицы Фишера. Исходя из определения этой матрицы, можно получить выражение для инфор­ мационной матрицы:

Ранг информационной матрицы равен размерности подпространства на­ блюдаемых параметров движения цели в пространстве состояний. Если число измерений пеленга не менее четырех и траектория пеленгатора не является пря­ молинейной равномерной, то ранг матрицы Φ равен четырем. В этом случае имеется возможность получить оценку параметров траектории движения цели.

Если комплекс перемещается равномерно прямолинейно, то ранг матрицы Φ не превышает трех. В этом случае предлагается разделить оцениваемое про­ странство состояния на прямую сумму подпространств наблюдаемых и нена­ блюдаемых параметров траекторий путем введения подвижной полярной сис­ темы координат.

Рассмотрим преобразование информационной матрицы Φ в подвижную

где Д - расстояние от пеленгатора до цели; φ - текущий азимут; г, τ - отно­ шения радиальной и тангенциальной составляющих вектора относительной скорости цели к Д.

Экстраполированные значения состояний траектории на один шаг в новой системе координат определяются следующим нелинейным преобразованием:

где

Матрица Φ преобразуется к виду

где

Таким образом, если траектория носителя линейна, то наблюдаемыми па­ раметрами являются φ, г, τ. Если τ = 0 (что соответствует такой траектории це­ ли, при которой величина азимута постоянна), то, как видно из последнего вы­ ражения для матрицы Φ, ее ранг равен двум. Наблюдаемыми параметрами в этом случае являются φ, τ.

На практике, как правило, известны пределы значений дальности и абсо­ лютной величины скорости цели, которые можно рассматривать как априор­ ную информацию о параметрах ее траектории.

Предположим, что априорная информация о траектории цели задана в ви­ де матрицы точности Фа. В этом случае функция правдоподобия для вектора состояния записывается в виде [6]

где sa - некоторая априорная оценка вектора состояния.

В выражение для информационной матрицы добавляется при этом допол­ нительное слагаемое Фя.

Наличие априорной информации только о дальности не влияет на точ­ ность оценивания наблюдаемых параметров движения. Точность оценивания дальности не зависит от числа измерений пеленга и значений остальных пара­ метров. Наличие априорной информации о величине скорости цели позволяет повысить точность оценок параметров г их.

Оптимальная оценка вектора состояния траектории цели по критерию мак­

Полученное уравнение является нелинейным относительно sJJ.

Для вычисления оценки вектора состояния в соответствии с ним требуется применить сложные вычислительные процедуры, поэтому целесообразно рас­ смотреть возможность нахождения приближенных оценок более простым путем.

Оценку вектора состояния траектории цели будем проводить в от­ носительной системе координат, связанной с БРЛС АК РЛДН:

Допустим, что на текущем обзоре получено измерение фп и известна ап­ риорная информация о значении вектора состояния на предыдущем обзоре, представленная матрицей точности Фа и оценкой вектора состояния sa. Тогда уравнение преобразуется к следующему [6]:

С учетом этих обозначений уравнение для оценки параметров траектории ИЦ можно представить в виде

Для того чтобы получить приближенное решение этого уравнения, разло­

ное уравнение, пренебрегая членами, нелинейными по As :

где

Решая полученное уравнение относительно As получим выражение для оценки вектора состояния [6]:

Следует отметить, что если пренебречь величиной вторых производных функции наблюдения, то используя лемму об обращении матриц можно полу­ чить выражение для оценки вектора состояния, совпадающее с соотношением фильтра Калмана.

В связи с тем, что размерность подпространства наблюдаемых параметров зависит от вида траектории АК РЛДН, обращаемая матрица в уравнении для оценки вектора параметров траектории ИЦ может оказаться плохо обусловлен­ ной при большой априорной неопределенности о дальности до излучающего воздушного объекта. Поэтому при прямолинейной равномерной траектории пеленгатора представление вектора состояния в декартовой системе координат нецелесообразно.

Представление вектора состояния в полярной системе координат с огра­ ничением вектора состояния на подпространство наблюдаемых параметров по­ зволяет обеспечить устойчивость процесса оценивания параметров траектории.

Из приведенных выше соотношений следует, что на прямолинейном уча­ стке траектории АК РЛДН оценивается величина вектора скорости цели в от­ носительной системе координат, а на нелинейных участках - в неподвижной системе координат. В связи с этим при пересчете значений вектора состояния цели в различные системы координат необходимо учитывать текущее значение вектора скорости пеленгатора.

На участках разворота комплекса представляет интерес исследование за­ висимости ошибок оценивания дальности до цели од от длительности процесса обработки пеленговой информации при фиксированном периоде обзора. Для известных априорных данных, в которых могут находиться значения дальности (Дт к 1 , Дт а х ) и скорости излучающего объекта Vmax , матрица точности опреде­ ляется как

где

Рис. 4.19

Обобщенная блок-схема алгоритма самотриангуляции, выполненного в соответствии с приведенными выше расчетными соотношениями, показана на рис. 4.20.

Рис. 4.20

Таким образом, для достижения высокой точности оценки параметров траекторий сопровождаемых ИЦ требуется либо введение длительного интер­ вала обработки измерений в БРЛС, либо реализация, как минимум, асинхрон­ ного режима обмена пеленговой информацией между взаимодействующими комплексами. При полностью автономной работе формируемая траектория АК РЛДН должна обеспечивать максимизацию изменения (по модулю) прово­ димых измерений пеленгов, осуществляемых в дискретные моменты времени.

4.5. Метод защиты от ответных импульсных помех, основанный на совместном применении разностно- и суммарно-дальномерного способов определения координат

Ответной реакцией на излучение зондирующего сигнала БРЛС может быть не только отраженный сигнал от воздушного объекта, но и излученные целью активные радиопомехи индивидуальной защиты, что также демаскирует разведываемый объект. В связи с этим, предполагая наличие подобной реакции от цели, излучение зондирующих сигналов может выполняться не только для анализа отражений зондирующего сигнала, но также и с целью формирования разведываемым объектом ответных излучений. Применение станций РТР в со­ ставе информационных датчиков АК РЛДН предоставляет дополнительные возможности по обнаружению объектов по их излучениям, детальному анализу помеховой обстановки и реализации многопозиционных активно-пассивных способов радиолокации.

Излучающие РЭС, в том числе и постановщики имитирующих помех, мо­ гут быть идентифицированы станцией радиотехнической разведки. При этом возможно не только определение координат излучающих объектов, но и распо­ знавание типов РЭС.

Совместное применение БРЛС с ФАР и станций РТР позволяет опреде­ лить местоположение целей с использованием активных, активно-пассивных и пассивных методов радиолокации, при этом возможна реализация многочис­ ленных методов определения местоположения разведываемых объектов: даль- номерно-угломерный, суммарно-дальномерный, разностно-дальномерный, уг­ ломерно-угломерный и др.

Для определения местоположения излучающих объектов используются многопозиционные комплексы радиотехнической разведки, состоящие из не­ скольких станций РТР, или комплексирование информации от средств актив­ ной радиолокации и станции РТР при групповых действиях АК РЛДН.

Дополнительные возможности по защите от активных помех появляются при использовании информации от разнесенных источников. Применение разно- стно-дальномерного или суммарно-дальномерного метода определения коорди­ нат предполагает наличие, как минимум, одного источника всенаправленного излучения зондирующих сигналов и трех разнесенных приемных устройств. Ес­ ли излучение направленное, то достаточно двух разнесенных приемных пунктов (в качестве одного из них может использоваться радиолокационная станция). То­ гда определение координат выполняется по известному направлению излучения и по оценке суммы или разности дальностей до обнаруживаемого объекта. Такой

За момент времени отсчета принимается момент излучения БРЛС зонди­ рующего импульса. После этого БРЛС и станция РТР выполняют прием сигна­ лов в течение времени, необходимого для прохождения излученным сигналом расстояния до установленной максимальной дальности и обратно.

Время приема сигналов БРЛС, отраженных от целей, связано с расстояни­ ем до целей соотношением , где с - скорость света, а время приема импульсных помех, создаваемых постановщиком помех, где t3 - задержка в излучении помехи после обнаружения зондирующего сигнала

средством исполнительной радиотехнической разведки постановщика помех. Зависимость времени приема отраженных от целей сигналов станцией РТР

имеет вид , а зависимость времени приема импульсных по­ мех, создаваемых постановщиком помех,

Из указанных зависимостей следует, что при приеме сигналов, излучен­ ных постановщиком помех, разность времени приема этих сигналов БРЛС и РТР не зависит от времени задержки излучения помехи:

а при приеме зондирующих сигналов от целей разность этих времен определя­ ется разностью расстояний до целей:

При уверенном приеме всех сигналов в АК РЛДН как станцией РТР, так и БРЛС достаточно использовать разностно-дальномерно-угломерный метод для определения координат целей, прикрываемых постановщиком помех, и самого ПАП. Но когда возможны пропуски сигналов и число принятых сигналов вели­ ко: в зоне разведки находится несколько целей и создаются многократные им­ пульсные помехи, имеют место ошибки определения времени приема сигналов, цели не расположены в точности на одной линии с постановщиком помех, воз­ никает неопределенность, связанная с невозможностью сопоставить моменты приема одних и тех же сигналов на обоих пунктах приема. Для разрешения та­ кой неопределенности может быть применен подход, основанный на вычисле­ нии суммы времен приема сигналов. После сопоставления моментов времени приема сигналов, принятых на разных приемных пунктах, сигналы, излученные постановщиком помех, селектируются по признаку совпадения разности вре­ мен их приема, что дает возможность выявить только те зондирующие сигна­ лы, которые обусловлены отражением от прикрываемых объектов.

Для оценки точности данного метода, рабочей зоны многопозиционной радиолокационной системы, а также оптимизации этой рабочей зоны может