Радиолокационная система как сложная неравновесная система с рефлексией

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ОГЛАВЛЕНИЕ................................................................................................ 3

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................... 7

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ РТВ............................................... 15

1.1. Теоретико-методологические основания и принципы построения сложных радиолокационных систем............................................................................ 15

1.1.1. Основные понятия, принципы и методы исследования операций.... 16

1.1.2. Основные понятия, принципы, и методы системного подхода……......26

1.2. Радиолокационная система как сложная неравновесная система с рефлексией 47

1.3. Внешняя среда радиолокационной системы РТВ................................. 57

1.3.1 Радиолокационные цели и мешающие отражения.............................. 58

1.3.1.1 Радиолокационные цели................................................................... 58

1.3.1.2. Мешающие отражения..................................................................... 67

1.3.2. Внешние излучения и среда распространения радиоволн................ 69

1.3.2.1. Внешние излучения.......................................................................... 69

1.3.2.2. Среда распространения радиоволн................................................ 75

1.3.3. Поражающие факторы внешней среды.............................................. 78

1.4. Система радиолокационных средств РТВ............................................ 79

1.4.1. Роль принципов радиолокации и технических ограничений в построении радиолокационных средств радиотехнических войск................................. 80

1.4.1.1. Основные принципы радиолокации и их роль в построении системы радиолокационных средств РТВ.................................................................. 80

1.4.1.2. Технические ограничения и их роль в построении систем радиолокационных средств радиотехнических войск.................................................................. 81

1.4.2. Классификация РЛС РТВ.................................................................... 86

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПОДСИСTEMЫ АКТИВНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ВОЙСК.............................. 93

2.1. Структура и принципы функционирования подсистемы. Требования к основным параметрам радиолокационного поля и выдаваемой

информации................................................................................................... 93

2.1.1. Принципы создания поля активной локации..................................... 93

2.1.2. Структура и функционирование подсистемы активной радиолокации РТВ 103

2.2. Принципы обработки радиолокационной информации.................... 104

2.2.1. Цели и принципы автоматизации сбора и обработки радиолокационной информации................................................................................................. 105

2.2.2. Задачи, решаемые при сборе и обработке РЛИ.............................. 107

2.2.3. Существо процедур первичной и вторичной обработки РЛИ....... 110

2.3 Методы обзора пространства, применяемые в РЛС РТВ................... 118

2.3.1. Виды обзора пространства, дальность и зона обнаружения.......... 118

2.3.2. Формирование зоны обнаружения в дальномерах и высотомерах 124

2.3.3. Обзор пространства и измерение координат в радиовысотомерах 128

2.4. Методы измерения координат, применяемые в современных радиолокационных станциях....................................................................................................... 131

2.4.1. Измерение азимута и дальности в современных РЛС..................... 132

2.4.1.1 Принцип измерения дальности до цели......................................... 132

2.4.1.2 Принцип измерения азимута цели.................................................. 133

2.4.2. Обзор пространства и измерение высоты (угла места) в РЛС с парциальными диаграммами направленности.................................................................... 135

2.4.3. Формирование зоны обнаружения и измерения высоты (угла места) в РЛС с частотным сканированием луча................................................................. 139

2.4.4. Особенности формирования зон обнаружения и измерение угла места в РЛС метрового диапазона................................................................................... 145

2.4.5. Измерение высоты цели методом V - луча....................................... 150

2.5. Виды зондирующих сигналов, применяемых в радиолокационных станциях РТВ...................................................................................................................... 153

2.5.1. Влияние структуры и параметров зондирующего сигнала на тактико-технические характеристики РЛС................................................................................... 153

2.5.1.1. Понятие автокорреляционной функции (АКФ)............................ 153

2.5.1.2. Влияние параметров сигнала на защищенность РЛС от активных шумовых помех...................................................................................................................... 155

2.5.1.3. Влияние формы и параметров сигнала на защищенность РЛС от пассивных помех...................................................................................................................... 156

2.5.1.4. Зависимость точности измерения и разрешающей способности от структуры зондирующего сигнала............................................................................... 158

2.5.1.5. Влияние параметров зондирующего сигнала на точность измерения координат...................................................................................................................... 160

2.5.2. Структура зондирующих сигналов, применяемых в радиолокационных станциях РТВ............................................................................................................... 161

2.5.3. Виды импульсных сигналов, применяемых в РЛС РТВ................. 165

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЗАЩИЩЁННОСТИ РЛС ОТ

ПОМЕХ....................................................................................................... 171

3.1 Методы повышения защищенности РЛС от активных помех ............ 171

3.1.1. Анализ защищенности РЛС от шумовых помех.............................. 171

3.1.2. Методы защиты РЛС от активных шумовых помех........................ 173

3.1.2.1. Технические методы защиты......................................................... 173

3.1.2.2. Организационно-технические методы защиты............................. 183

3.2. Методы защиты РЛС от активных импульсных помех...................... 184

3.2.1. Виды активных импульсных помех и краткая характеристика методов их подавления................................................................................................... 184

3.2.2. Схемы селекции по длительности и закону внутриимпульсной модуляции сигналов...................................................................................................................... 187

3.2.2.1. Схемы селекции по длительности импульсов............................... 187

3.2.2.2. Схемы селекции по закону модуляции импульсов....................... 191

3.2.3. Схемы селекции импульсов помехи по частоте следования

и амплитуде................................................................................................ 191

3.2.3.1. Схемы селекции по частоте следования импульсов...................... 191

3.2.3.2. Схемы селекции по амплитуде....................................................... 194

3.3. Методы повышения защищенности РЛС от пассивных помех.......... 195

3.3.1. Критерии защищенности РЛС от пассивных помех........................ 196

3.3.2. Пути повышения защищенности РЛС от пассивных помех............ 197

3.3.2.1. Уменьшение мощности помехи на входе приемника.................... 198

3.3.2.2. Сужение спектра флюктуаций мощности помехи......................... 199

3.3.2.3. Оптимизация системы обработка сигналов на фоне пассивных

помех........................................................................................................... 201

3.3.3. Классификация и краткая характеристика системы СДЦ............... 202

3.3.3.1. Череспериодная компенсация (ЧПК)............................................. 203

3.3.3.2. Фильтровые системы СДЦ............................................................. 204

3.3.3.3. Корреляционно-фильтровые системы СДЦ.................................. 206

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ВНЕШНИХ ПОМЕХ 218

4.1. Специфика современного методологического подхода к проблеме адаптивного измерения параметров радиолокационных сигналов............................... 218

4.2. Радиолокация как научная дисциплина. Структура и функции теории радиолокации. Фундаментальная теоретическая схема радиолокации и ее практические приложения 222

4.2.1. Радиолокация как научная дисциплина........................................... 222

4.2.2. Структура и функции теории радиолокации................................... 229

4.2.3. Фундаментальная теоретическая схема радиолокации и ее практические приложения.................................................................................................. 231

4.3. Общетеоретические проблемы адаптивного обнаружения и

измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне помех...... 235

4.3.1. Постановка задачи адаптивного измерения. Модели

радиолокационных сигнала и помех.......................................................... 236

4.3.2. Общие закономерности обнаружения и измерения параметров радиолокационных сигналов в условиях априорной неопределенности.................................. 238

4.3.3. Полная достаточная статистика детерминированного сигнала.

Модели изменения во времени параметров сигналов и помех................. 244

4.4. Основные алгоритмы и устройства адаптации к активным помехам 247

4.4.1. Дискретное и непрерывное оценивание изменяющейся во времени корреляционной матрицы помех............................................................................................ 247

4.4.2. Оценивание изменяющейся во времени матрицы, обратной корреляционной матрице помех............................................................................................. 252

4.4.3. Алгоритмы и устройства текущего оценивания весового вектора. Применение корреляционной обратной связи в устройствах обработки..................... 254

4.4.4. Особенности адаптации к воздействию помех при большой интенсивности полезного сигнала....................................................................................... 259

4.4.5. Переходные процессы при адаптации.............................................. 260

4.5. Особенности многоканального измерения угловых координат цели в условиях адаптации к помехам, коррелированным по пространству...................... 264

4.5.1. Преодоление априорной неопределенности относительно

параметров сигнала..................................................................................... 264

4.5.2. Следящее и неследящее измерение угловых параметров сигнала на фоне активных помех............................................................................................................ 270

4.5.2.1. Алгоритмы и устройства адаптивного следящего измерения

углового параметра сигнала....................................................................... 271

4.5.2.2. Алгоритмы и устройства неследящего измерения....................... 275

4.6. Преодоление априорной неопределенности параметров сигнала относительно параметров помех с временной корреляцией............................................ 278

4.6.1. Модели сигнала и помех. Когерентная весовая обработка пачки эхо-сигналов 278

4.6.2. Особенности адаптивного измерения доплеровского параметра

сигнала на фоне пассивных помех.............................................................. 281

4.7. Особенности синтеза адаптивного временного дискриминатора……...285

4.8. Синтез адаптивного измерителя параметров поляризации радиолокационных сигнала…………………………………………………....286

4.9. Совместная оценка информативных и неинформативных параметров радиолокационных сигналов в условиях внешних помех…………………...289

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................... 297

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................... 299

Приложение А............................................................................................. 301

Приложение Б.............................................................................................. 306

Приложение В............................................................................................. 313

Приложение Г.............................................................................................. 326

Приложение Д …………………………………………………………………341

Словарь условных сокращений……………………………………………….345

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Радиотехнические войска как род войск ВВС и ПВО выполняют ответственные задачи по ведению радиолокационной разведки средств воздушного нападения (СВН) противника и выдачи разведывательной и боевой информации, необходимой для решения задач управления войсками и радиолокационного обеспечения боевых действий зенитных ракетных войск (ЗРВ) и истребительной авиации (ИА). Для выполнения этих важнейших задач радиолокационного обеспечения Радиотехнические войска (РТВ) оснащаются новейшими средствами радиолокации (СРЛ), позволяющими в любое время года и суток, независимо от метеорологических условий и помех, успешно решать задачи радиолокационного наблюдения СВН противника на предельных дальностях и во всем диапазоне высот полета воздушных объектов.

История Радиотехнических войск как рода Войск противовоздушной обороны страны, являвшихся видом Вооруженных Сил Советского Союза, берет свое начало 15 декабря 1951 года. В этот день соответствующим распоряжением Совета Министров СССР Министерству обороны была поставлена задача создания надежной службы обнаружения, оповещения и наведения, для чего предписывалось организовать единую радиолокационную систему страны. В период становления РТВ, проходивший с конца 1950 до середины 1960-х годов, осуществлялись массовые поставки радиолокационной техники (РЛТ), развертывались мощные группировки войск, началось производство комплексов средств автоматизации процессов сбора, обработки и выдачи радиолокационной информации (КСА РТВ).

С середины 1960-х до конца 1970-х гг. продолжилось освоение радиотехническими подразделениями господствующих высот, внедрение в войска новой радиолокационной техники, включая радиолокационные комплексы дальнего обнаружения, наведения и целеуказания П-80, 5Н87, а также автоматизированных систем управления войсками (АСУ). Во вьетнамской и ближневосточных войнах, где по различным оценкам специалистов американские ВВС потеряли от 2,5 до 4-х тысяч самолетов и вертолетов, осуществлялась практическая проверка принципов строительства РТВ, тактики боевого применения войск, совершенствовались методы помехозащиты и принципы построения радиолокационного вооружения.

Восьмидесятые годы характеризовались качественными изменениями в вооружении и способах ведения боевых действий, поступлением в части новых образцов техники. Радиолокационное поле, созданное в этот период развития РТВ над территорией СССР, характеризовалось многократным перекрытием, что позволяло практически в любой точке осуществлять непрерывное сопровождение всевозможных летательных аппаратов. Это было необходимо для организации непрерывного огневого воздействия по воздушному противнику в случае развязывания крупномасштабной войны.

В процессе либеральных реформ 90-х годов, характеризующихся значительным сокращением боевого состава и численности всех видов Вооруженных Сил страны, РТВ потеряло около 60% личного состава. По сравнению с 1980-ми гг. количество радиотехнических подразделений уменьшилось почти в 5 раз. Вследствие этого расстояние между подразделениями увеличилось, а возможности по обнаружению целей, прежде всего маловысотных, существенно снизились. После начала реформирования ВВС возможности РТВ по контролю воздушного пространства России (при том условии, что протяженность государственных границ мало изменилась) сократились более чем на 50%. В 1997 г., еще до объединения ВВС и Войск ПВО, было расформировано более 20 частей. В один год РТВ утратили 33% боевого состава радиотехнических войск. За цифрами сокращенных воинских частей – снижение возможностей в решении стоящих перед нами задач. К настоящему времени сохранены лишь группировки Центрального, Западного и Северо-Западного регионов. Существенно снижены возможности по контролю воздушного пространства над северными и восточными регионами, ведению радиолокационной разведки по границе с Казахстаном, Монголией, Китаем. Имели место случаи, когда летящие на Дальний Восток литерные самолеты оставались без радиолокационного контроля в течение часа и более.

В последние годы, когда тенденция продвижения блока НАТО на Восток и размещения элементов ПРО в странах Восточной Европы превратилась в доминирующий принцип военно-политического давления Запада на Россию, проблема восстановления разрушенной либеральными реформами группировки РТВ превратилась в важнейшую государственную задачу.

В этой связи главнокомандующим ВВС было принято решение о создании Федеральной системы разведки и контроля воздушного пространства Российской Федерации с целью объединения технических и финансовых возможностей всех ведомств, имеющих средства радиолокации, в единую систему, способную в полном объеме решать задачи ПВО и управления воздушным движением. Единая радиолокационная система формируется как межведомственная структура в интересах решения оборонных и народнохозяйственных задач. Она включает средства радиолокации, автоматизации и связи военного и гражданского назначения. Это многоуровневая система сбора радиолокационной информации и доведения ее до потребителей, в первую очередь, до КП частей и соединений, решающих задачи противовоздушной обороны, и центров Единой системы управления воздушным движением.

Начиная с 1998 г. предприняты некоторые меры по получению информации о воздушной обстановке командными пунктами (КП), пунктами управления (ПУ) частей и подразделений РТВ, а также КП соединений ПВО от средств радиолокации Федерального агентства воздушного транспорта (Росавиации), средств радиолокации частей ПВО Сухопутных войск, Военно-морского флота, расположенных на территориях, где нет сил и средств РТВ. Предполагается, что это позволит значительно увеличить радиолокационное поле над территорией Российской Федерации, восстановить радиолокационный контроль за государственной границей и порядком использования воздушного пространства со стороны боевых расчетов. В целом перед РТВ стоит задача, как можно скорее объединить все радиотехнические средства с целью создания единой автоматизированной радиолокационной системы Российской Федерации.

Создание системы планируется завершить в 2010 г. Это связано с решением ряда достаточно сложных проблем научно-технического, финансового и организационного характера. К 2006-2007 гг. уже созданы органы управления, разработаны концепция, программа Федеральной системы разведки и контроля воздушного пространства, основу которой по-прежнему составляет радиолокационная подсистема РТВ. Заключительный этап построения Федеральной системы разведки и контроля воздушного пространства Российской Федерации связан с созданием автоматизированной системы управления, позволяющей в автоматизированном режиме собирать воедино радиолокационную информацию, подавать ее на командные пункты, пункты управления авиацией, другим потребителям. Для этого предполагается задействовать комплекс средств автоматизации «Фундамент» (в зависимости от уровня командного пункта – «Фундамент – 1, 2, 3»).

Значительное сокращение сил и средств РТВ, ликвидация Войск ПВО как вида Вооруженных сил заставили существенно пересмотреть тактику боевого применения Радиотехнических войск. Ранее, находясь в составе Войск ПВО, радиотехнические части в основном были ориентированы на участие в объектовой противовоздушной обороне. С появлением в армиях ВВС и ПВО ударной авиации перед радиотехническими войсками встала новая задача – организация радиолокационного обеспечения всех родов авиации в соответствии с их предназначением. Это, в свою очередь, поставило РТВ перед необходимостью поиска новых подходов к оценке маневренных возможностей радиотехнических подразделений и организации взаимодействия с силами и средствами радиолокационной разведки других видов Вооруженных Сил.

Для повышения эффективности радиолокационной разведки, в том числе и перспективных авиационных средств, на вооружение РТВ стали постепенно поступать: а) радиолокационные станции «Гамма-Д», «Противник – Г» как массовые РЛС радиолокационного обеспечения огневых средств; б) радиолокационные станции метрового диапазона «Небо», «Небо-У» как станции для создания дежурного радиолокационного поля и ведения разведки в мирное время; в) радиолокационные станции 1Л117 и «Гамма-С1» для обеспечения боевой подготовки авиации ВВС и решения задач мобильного резерва[1].

Для эффективного использования современных СРЛ (радиолокационных станций – РЛС и радиолокационных комплексов – РЛК) необходимо, чтобы офицерский состав РТВ имел высокий уровень оперативно-тактической и специально-технической подготовки опережающего характера. Это связано с тем, что в условиях высокотехнологичной, наукоемкой и динамичной в пространственно-временном отношении сферы военно-технического производства, детерминированной диалектическим противоречием между боевыми возможностями средств нападения и соответствующих средств защиты, полученные ранее научно-технические знания, преимущественно эмпирического и рецептурного уровня, устаревают со скоростью 15-20% в год, а смена поколений военной техники и специальных технологий протекает в течение 3-5 лет. Одновременно емкая память компьютера освободила военного специалиста от необходимости произвольного накопления знаний на все случаи его профессиональной деятельности.

В то же время, техническая сложность и функциональное многообразие радиолокационных систем РТВ, их стремительное совершенствование и развитие делают нецелесообразным и практически невозможным подробное изучение на длительную перспективу всех образцов СРЛ, находящихся на вооружении РТВ. Поэтому по мере увеличения количества образцов радиолокационной техники, их технической модификации и функциональной специализации появилась необходимость в классификации существующих РЛС и РЛК РТВ, в выявлении общих принципов их построения, закономерностей функционирования и боевого применения, а также в введении характерных критериев эффективности и определении степени соответствия этих критериев научно-обоснованным требованиям.

Современное состояние Радиотехнических войск характеризуется еще одной существенной особенностью. Дело в том, что меры по созданию Федеральной системы разведки и контроля воздушного пространства Российской Федерации носят полезный, но вынужденный характер и не могут решить в полной мере задачи восстановления группировки РТВ. Современная же военно-политическая обстановка характеризуется не только стремлением стран НАТО приблизить свои воздушные ударные средства к границам России, но и прямыми заявлениями ряда общественных организаций и высокопоставленных государственных деятелей США о необходимости взять под международный контроль природные и энергетические ресурсы Сибири, районов Крайнего Севера и Дальнего Востока «в интересах всего человечества». В частности, в январе 2007 года в Гарварде и Бостоне состоялось несколько закрытых семинаров, посвященных обсуждению и выработке новой идеологии и стратегии США после 2008 года. Одной из основных тем обсуждения было провозглашение Сибири и Дальнего Востока «общечеловеческим достоянием» с максимальным ограничением суверенитета Российской Федерации над этими территориями. Рассматривались основные пути достижения этой цели: фрагментация России как политического субъекта, захват контроля над российскими корпорациями, включая «Газпром», а также давлением на политическое руководство страны по линии Евросоюза с требованиями «гарантий энергетической безопасности».[2]

Одновременно США ведут работы по развертыванию в космосе группировки спутников – радиолокаторов. Они могут просматривать воздушное пространство всей планеты, засекать любые движущиеся воздушные и наземные объекты, в том числе – в горно-лесистой местности. Полученная информация будет передаваться в штабы американских военно-воздушных сил и в кабины боевых самолетов, благодаря чему американские ВВС получат огромное превосходство над всем миром. Их самолеты смогут обнаруживать и сопровождать любого противника, не обнаруживая себя включением бортовых радиолокаторов. Они смогут нападать скрытно и из самых выгодных позиций. Предполагается, что при таком информационном превосходстве один истребитель-бомбардировщик США может нанести более значительный ущерб, чем десять боевых самолетов противника, лишенных подобной системы глобального радиолокационного наблюдения[3].

В условиях надвигающейся реальной угрозы суверенитету и национальным интересам России восстановление группировкой Радиотехнических войск сплошного радиолокационного поля над территорией страны является хотя и важной, но промежуточной задачей. Конечной же задачей совершенствования и развития этой группировки должно явиться создание радиолокационного поля с такими параметрами, которые гарантировали бы отечественным ВВС безусловное отражение воздушных ударов вероятного противника с учетом предпринимаемых им мер по совершенствованию сил и средств на длительную перспективу.

В этой связи от офицера Радиотехнических войск требуются не только глубокие технические знания конкретного образца РЛС, соответствующие умения и навыки по его эффективному боевому применению, грамотной технической эксплуатации и ремонту, не только готовность к самостоятельному освоению в короткий срок новых и перспективных образцов радиолокационного вооружения и военной техники, но и наличие диалектического, системного мышления, способного к решению в короткий срок сложных задач восстановления и развития группировки РТВ при минимальных финансово-экономических затратах государственных средств.

Все это привело к возникновению специальной учебной дисциплины «Теоретические основы радиолокационных систем РТВ», которая в системе военно-технической подготовки офицеров Радиотехнических войск занимает ведущее место.

Цель учебной дисциплины – обеспечить возможность приобретения учащимися фундаментальных военно-технических знаний, отражающих основные принципы построения и функционирования технических систем, трактов, узлов, блоков и элементов современных РЛС и РЛК, наиболее вероятные направления их совершенствования и развития, способы и средства достижения заданных тактико-технических требований к образцам радиолокационной техники, а также возможность освоения учащимися ключевых профессиональных компетенций, направленных на безусловное решение ими задач эффективного боевого применения вверенного радиолокационного вооружения и военной техники.

Объект учебной дисциплины – радиолокационная система РТВ как сложная неравновесная (диффузная) система с рефлексией.

Предмет учебной дисциплины - принципы системного подхода к анализу и построению перспективной группировки РТВ, способы и средства обеспечения заданных тактико-технических требований к СРЛ, основные принципы построения систем, трактов, узлов, блоков и элементов СРЛ, а также перспективные направления развития радиолокационных систем специального назначения.

Освоение учебной дисциплины базируется на знаниях учащихся, полученных при изучении социально-гуманитарных, общенаучных, общеинженерных, военно-тактических и специально-технических дисциплин.

Преподавание дисциплины базируется на умении учащихся решать следующие основные задачи:

· изучать (анализировать и синтезировать) учебный материал на основе диалектико-системного подхода, включающего систему категорий на трех уровнях сущности (на уровне формальной, реальной и полной основы) и три вида анализа и синтеза учебного материала (простого, возвратного и структурно-генетического), обеспечивающего органическое соединение диалектики, логики и теории познания;

· применять основные теоретические положения и методы исследования операций при анализе существующей радиолокационной системы РТВ и разработке перспективных направлений ее совершенствования и развития;

· применять законы физики, аналитические методы и методы математической статистики при анализе и синтезе схем построения устройств СРЛ;

· проводить анализ физических процессов в цепях, элементах и устройствах СРЛ, измерять и оценивать их технические параметры;

· использовать принципы и методы радиолокации и радиоэлектронной борьбы (РЭБ) при оценке возможностей СРЛ на конкретной позиции и в различных условиях воздушной и помеховой обстановки.

В первой главе учебного пособия рассматриваются общие принципы исследования операций и принципы системного подхода к решению задач построения группировки РТВ как сложной неравновесной системы с рефлексией. Проводится анализ параметров внешней среды, включающей разновидности радиолокационных целей и мешающих отражений, внешние помеховые излучения и параметры среды распространения радиоволн, а также оценка влияния принципов радиолокации и технических ограничений на общие закономерности построения радиолокационных средств РТВ.

Во второй главе рассматриваются основные принципы построения подсистемы активной радиолокации Радиотехнических Войск. Проводится анализ: требований, предъявляемых к основным параметрам радиолокационного поля и выдаваемой информации; обобщенной структуры и принципов функционирования подсистемы активной радиолокации; принципов обработки радиолокационной информации; методов обзора пространства и измерения координат; видов зондирующих сигналов, применяемых в современных радиолокационных станциях.

В третьей главе проводится анализ критериев защищенности РЛС от помех. Рассматриваются классификация помех, а также наиболее распространенные методы и устройства защиты РЛС от активных и пассивных помех.

В четвертой главе рассматриваются общетеоретические и методологические аспекты теории радиолокации, проводится анализ общих закономерностей многоканального обнаружения и измерения параметров радиолокационных сигналов в условиях априорной неопределенности относительно параметров внешних помех и полезного сигнала. Предпринимается попытка построения концептуальной модели (фундаментальной схемы) теории обработки радиолокационных сигналов на фоне коррелированных помех различной пространственно-временной структуры. Рассматриваются алгоритмы непрерывной и дискретной оценки: корреляционной матрицы помех; матрицы, обратной корреляционной матрице помех; весового вектора системы адаптивной пространственно-временной обработки сигналов РЛС с фазированной антенной решеткой (ФАР).

Каждая глава снабжена вопросами для самоконтроля, повторения и закрепления учебного материала учащимися. Вопросы сформулированы в виде вопросов-суждений, которые содержат двойное мысленное побуждение: а) требуют раскрыть субъект и предикат вопроса по содержанию и объему; б) требует установить формально-логическую (структурную) и диалектическую (сущностную) связь между ними. В конце учебного пособия размещены четыре приложения.

В приложении А рассматривается логическая структура вопроса-понятия и вопроса-суждения, даются методические рекомендации по их составлению и применению в процессе изучения теоретического материала, его конспектирования и подготовки к семинарским занятиям по изученной теме. В приложении Б приведены краткие сведения из формальной логики. Сведения охватывают логические операции обобщения и ограничения понятий, операции раскрытия понятий по содержанию и объему, а также основные законы и принципы формальной логики, характеризующие общую дисциплину мышления. В приложении В приведены краткие сведения из диалектической логики, а также система категорий диалектики и принципов диалектического метода познания, которые в органическом единстве с принципами формальной логики обеспечивают формирование у будущих офицеров культуры системно-диалектического мышления. В приложении Г приведены основные сведения из математической теории матричного исчисления, обеспечивающие более углубленное понимание учащимися сущности процессов многоканальной пространственно-временной обработки сигналов, размещенных в четвертом разделе учебного пособия. В приложении Д приведены определения основных тактико-технических характеристик РЛС РТВ.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ РТВ

==========================================================

1.1. Теоретико-методологические основания и принципы

построения сложных радиолокационных систем

 

Технологическая сложность, финансово – ресурсо- и энергоемкость, существенная пространственно-временная гибкость компонентов группировки Радиотехнических войск, а также государственный характер решаемых ею задач приводит к необходимости анализа протекающих здесь процессов под углом зрения их структуры и организации. Поэтому от военной науки требуются обоснованные рекомендации по оптимальному построению таких процессов и эффективному управлению ими.

Одной из отраслей военно-научного знания, предметом которой является разработка таких рекомендаций, является формирующаяся научная дисциплина «исследование операций». Под таким термином принято понимать некоторую систему понятий (систему научного знания), а также математических, количественных методов по обоснованию наиболее оптимальных с точки зрения определенного критерия решений во всех областях человеческой деятельности, в первую очередь – военно-технической. Решение представляет собой некоторый более или менее осознанный выбор направлений, форм, методов и средств деятельности из ряда возможностей, имеющихся в распоряжении соответствующего субъекта.

Очевидно, что чем сложнее, масштабнее, дороже и социально значимее разрабатываемые процессы и организационные структуры, тем более обоснованными и оптимальными должны быть принимаемые решения и тем важнее становятся научные методы, позволяющие заранее оценить последствия каждого решения, заранее отбросить недопустимые варианты, установить достаточность (недостаточность) материальных, информационных и финансовых ресурсов для предстоящей проектной деятельности. В целом исследование операций рассматривает некоторое мероприятие, преследующее определенную цель. Для этого мероприятия заданы некоторые условия, характеризующие исходную обстановку (средства, ресурсы и т.д.). В рамках этих условий требуется принять такое решение, чтобы планируемые мероприятия (разрабатываемые структуры и их последующее функционирование) были бы в каком-то смысле наиболее выгодными (эффективными). В соответствие с этими общими чертами вырабатываются и общие приемы решения подобных задач, в совокупности составляющие методологическую схему и аппарат исследования той или иной операции, включая выбор структуры и технологий функционирования группировки РТВ.

1.1.1. Основные понятия, принципы и методы

исследования операций

А. Основные понятия. Однокритериальные задачи оптимизации.

Операцией в наиболее общем смысле принято называть всякое ресурсно обеспеченное мероприятие (систему деятельности или действий), объединенное единым замыслом и направленное к достижению определенной цели.

Признак целесообразности указывает на то, что операция представляет собой всегда управляемое мероприятие, то есть выбор параметров, средств и методов организации является прерогативой индивидуального или коллективного субъекта деятельности. Всякий определенный выбор субъекта деятельности называется решением, которое может быть оптимальным или неоптимальным. Оптимальным называют решение, по тем или иным основаниям (признакам) являющееся предпочтительнее других. В качестве цели исследования операции выступает предварительное количественное обоснование оптимальных решений. Обычно в распоряжении субъекта деятельности находится некоторая область решений, на первый взгляд практически равноценных и оптимальных, в пределах которой он должен сделать окончательный выбор.

Параметры, совокупность которых образует решение, называют элементами решения. В качестве таких элементов могут выступать числа, векторы, функции, физические параметры и т.д. Например, если составляется план поставки с одного и того же завода В₁ в радиотехнические части Аi однотипных образцов радиолокационного вооружения, то элементами решения будут числа x_1i, показывающие какое количество образцов РЛВ будет поставлено в эти радиотехнические части в течение определенного периода времени. Совокупность чисел x₁₁, x₁₂, x₁₃, …, x_1n образует решение. Для простоты оперирования всю совокупность элементов решения обычно обозначают одной буквой x и говорят «решение x».

Помимо элементов решения, находящихся в сфере компетенции субъекта деятельности, любая задача исследования операций характеризуется заданными (внешними или «дисциплинирующими») и вариативными (изменяющимися) условиями. Первые фиксированы с самого начала операции и в течение всего периода ее исследования остаются неизменными. В рассматриваемом случае восстановления, совершенствования и развития радиолокационной системы РТВ к таким условиям могут быть отнесены помехозащищенность, информационная способность, точностные параметры, степень мобильности группировки РТВ, коэффициент перекрытия радиолокационного поля и др. Вторые могут в определенных пределах изменяться. Поэтому субъект деятельности в определенных пределах вправе ими варьировать. К таким условиям можно отнести имеющиеся ресурсы (материальные, финансовые, кадровые), средства (производственные мощности заводов по выпуску новых образцов РЛВ и военной техники, оперативный резерв, образцы РЛВ, находящиеся на длительном хранении, транспорт, инфраструктура военных городков и позиций РЛС), научно-технический задел в области разработки перспективных образцов РЛВ и т.д. В своей совокупности эти условия формируют множество возможных решений Х. При этом факт принадлежности решения x к множеству решений Х записывается в виде формулы .

Для сравнения различных решений по оптимальности вводят показатель эффективности W, который выбирается из соображения целевой направленности операции. Лучшим считается решение, в максимальной степени способствующее достижению поставленной цели. Если показатель эффективности необходимо максимизировать (например, достичь максимального использования боевых возможностей зенитно-ракетного дивизиона при отражении налета авиации противника), его записывают в виде W → max, если минимизировать (например, финансовые затраты) – то в виде W → min. Рассмотренный показатель эффективности часто называют целевой функцией.

Если выполнение операции сопровождается действием случайных факторов, в качестве показателя эффективности берется не сама величина, которую необходимо максимизировать (минимизировать), а ее математическое ожидание М (W) = . В случае двух альтернативного варианта достижения цели А некоторой операции (цель достигнута – цель не достигнута) в качестве показателя эффективности выбирается вероятность достижения цели Р(А). Например, в случае огневого воздействия на воздушную цель с непременным условием ее уничтожения показателем эффективности будет вероятность уничтожения этой цели.

Для применения количественных методов исследования операции разрабатывают ее математическую модель, которая, с одной стороны, должна отражать важнейшие черты явления, все существенные факторы, от которых в основном зависит успех операции, а с другой – носить достаточно обобщенный характер, не быть отягощенной второстепенными факторами.

Достижение цели операции связано с решением тех или иных задач исследования операции, которые принято разделять на прямые и обратные. Прямые задачи отвечают на вопрос: что произойдет, если в заданных условиях будет принято какое-то решение ? В частности, чему будет равен, при данном решении х, выбранный показатель эффективности W? Для решения такой задачи строится математическая модель, позволяющая выразить один или несколько показателей эффективности через заданные условия и элементы решения. Обратные задачи отвечают на вопрос: как выбрать решение х для того, чтобы показатель эффективности W обратился в максимум? Очевидно, что прямые задачи соответствуют случаю исследования уже существующей группировки РТВ. В случае же восстановления и дальнейшего развития этой группировки можно выделить ряд самостоятельных прямых задач, однако в целом решение этой проблемы подчиняется логике решения обратной задачи. А именно, если в качестве обобщенного показателя эффективности ВВС как вида Вооруженных Сил выбрать величину предотвращенного ущерба стране от действий средств воздушного нападения противника, то выбор оптимального решения для группировки РТВ будет связан с тем или иным вариантом построения радиолокационного поля, параметры которого обеспечили бы достижение сформулированного выше обобщенного показателя эффективности.

Если число возможных вариантов решения, образующих множество Х, невелико, обратная оптимизационная задача может быть успешно решена их простым перебором, с последующим указанием на тот из вариантов решения, для которого W достигает максимума. В противном случае применяется метод направленного перебора, при котором оптимальное решение находится рядом последовательных приближений, из которых каждое последующее приближает к искомому оптимальному.

В наиболее простом, так называемом детерминированном, случае, когда все условия операции известны заранее, все факторы, от которых зависит успех операции, делятся на две группы: а) заданные, заранее известные факторы (условия выполнения операции) ; б) зависящие от субъекта деятельности элементы решения, образующие в своей совокупности решение х. При этом первая группа факторов одновременно содержит и ограничения, налагаемые на решение, то есть определяет область возможных решений Х. В этом случае показатель эффективности запишется виде W = W( , х), где параметры , х являются в общем случае векторными величинами. В числе заданных условий обычно присутствуют ограничения, налагаемые на элементы решения, имеющие вид равенства или неравенства.

В том случае, когда прямая задача решена (т.е. вид зависимости установлен), обратная задача может быть сформулирована следующим образом: при заданном комплексе условий найти такое решение х = х^*, которое обращает показатель эффективности W в максимум. Этот максимум обозначается как Полученная формула интерпретируется следующим образом: есть максимальное значение W( , х), взятое по всем решениям, входящим в множество возможных решений Х.

Не сложно заметить, что это типичная математическая задача нахождения экстремума (в данном случае – максимума) функции или функционала. Под функционалом принято понимать некоторую величину, зависящую от вида функции. В частности, если решение х включает не только числа, но и функции, величина W( , х) является функционалом.

В рассматриваемом детерминированном случае метод поиска экстремума и связанного с ним оптимального решения х^* выбирается исходя из особенностей функции W( , х) и вида ограничений, накладываемых на решение. Например, если функция W линейно зависит от элементов решения х₁, х_{2, …,} линейных равенств или неравенств, возникает классическая задача линейного программирования, которая решается сравнительно простыми стандартными методами. Если функция W выпуклая, то применяются специальные методы выпуклого программирования с их разновидностью в форме квадратичного программирования. Для оптимизации управления многоэтапными операциями применяется метод динамического программирования. Таким образом, задача нахождения оптимального решения в простейшем, детерминированном случае есть чисто математическая задача, принадлежащая к классу вариационных (при отсутствии или наличии ограничений), которая может представить вычислительные, но не принципиальные трудности.

Значительно сложнее дело обстоит в случае, когда задача содержит элемент неопределенности. Реальные задачи исследования операций чаще всего содержат помимо рассмотренных двух групп еще одну – совокупность неизвестных факторов . В этом случае показатель эффективности W оказывается зависимым от всех трех групп факторов: а оптимизационная задача может быть поставлена следующим образом: при заданных условиях , с учетом неизвестных факторов , найти такое решение , которое, по возможности, обеспечивает максимальное значение показателя эффективности W. Наличие неопределенных факторов переводит задачу в новое качество: она превращается в задачу о выборе решения в условиях неопределенности (оговорка «по возможности»).

В оптимизационных задачах подобного рода принято выделять два вида неопределенности: стохастическая («доброкачественная» неопределенность) и нестохастическая («дурная» неопределенность). В первом случае неизвестные факторы являются статистически устойчивыми, то есть представляют собой обычные объекты изучения теории вероятностей – случайные величины (или случайные функции), статистические характеристики которых известны или в принципе могут быть получены к нужному сроку. Такие задачи исследования операций будем в дальнейшем называть стохастическими, а присущую им неопределенность – стохастической. Во втором случае неизвестные факторы являются статистически неустойчиывми, то есть не могут быть описаны и изучены статистическими методами, а присущая им неопределенность носит характер нестахостической неопределенности.

Стохастический вид неопределенности. Пусть неизвестные факторы представляют собой случайные величины с какими-то, в принципе известными, вероятностными характеристиками - законами распределения, математическими ожиданиями, дисперсиями и т.п.). Тогда показатель эффективности W, зависящий от этих факторов, тоже будет величиной случайной. Очевидно, что максимизировать эту случайную величину невозможно: при любом решении х она остается случайной, неконтролируемой. В этом случае возможны два подхода: а) оптимизация в среднем и б) оптимизация со стахостическими ограничениями.

При оптимизации в среднем факторы «существенно случайны» и заметно влияют на показатель эффективности W, который тоже «существенно случаен». В этом случае в качестве показателя эффективности выступает математическое ожидание случайной величины , а искомое решение х выбирается из условия обращения этого показателя в максимум:

Оптимизируя операцию «в среднем», после многих ее повторений обычно выигрывают больше, чем в случае, когда расчет отсутствует. Для повышения достоверности приема необходимо, чтобы операция обладала свойством повторяемости, и «недостача» показателя эффективности в одном случае компенсировалась бы его «избытком» в другом. Примером решения такой оптимизационной задачи является синтез адаптивных измерителей параметров радиолокационных сигналов, приведенный в четвертой главе. Недостаток сведений об информативном параметре сигнала компенситуется здесь избытком информации об неинформативном параметре, в частности, об энергии ожидаемого сигнала. Избыточность такой информации обеспечивается дополнительным измерительным каналом, который в неадаптивных измерителях отсутствует.

При оптимизации со стохастическими ограничениями выбирают некоторый показатель Т , характеризующий эффективность W. На этот показатель накладывают ограничение t₀ и вводят некоторое условие Т ≤ t₀ (Т ≥ t₀) с вероятностью β настолько большой, что бы событие Т ≤ t₀ (Т ≥ t₀) было практически достоверным. В этом случае условие оптимизации примет вид: Р(Т ≤ t₀) ≥ β. Введение такого ограничения означает, что из области возможных решений Х исключаются решения, ему не удовлетворяющие.

Нестохастический вид неопределенности («дурная» неопределенность) имеет место тогда, когда: а) распределение вероятностей для параметров в принципе существует, но к моменту принятия решения оно не может быть получено; б) распределение вероятностей для параметров вообще не существует, то есть эти параметры нельзя считать случайным.

В первом случае применяют адаптивный алгоритм омтимизации. В этом алгоритме некоторые элементы решения х остаются свободными, изменяемыми. В исходном состоянии выбирают некоторый вариант решения, не обязательно наилучший, и пускают систему в ход. По мере накопления опыта, целенаправленно изменяя свободные параметры решения, добиваются роста эффективности без предварительного знания статистики событий.

Во втором случае выбирают не решение х₁, оптимальное для каких-то условий , подобно детерминированной ситуации, а некоторое компромисное из альтернативных решение, которое не будучи оптимальным ни для каких условий, будет все же приемлемым в целом их диапазоне. Здесь может быть применена позиция «крайнего пессимизма»: при принятии решения надо всегда рассчитывать на худшее и принимать то решение, которое дает максимальный эффект в наихудших условиях. Если в этих условиях будет получен выигрыш , то можно гарантировать, что в любых других он будет не меньше. Такой принцип выбора решения обычно называют принципом гарантированного результата. Область его применения связана с конфликтными ситуациями, в которых условия зависят от разумно действующего противника, отвечающего на действия противостоящей стороны наихудшим для нее способом.

Следует иметь в виду, что любое решение, принятое в условиях «дурной» неопределенности, - неизбежно плохое решения. Поэтому здесь необходимо настойчиво искать источники информации и стремиться понизить уровень неопределенности. Одним из методов сведения задачи с дурной неопределенностью к обычной стохастической задаче является метод экспертных оценок, результаты которого подвергаются обработке методами математической статистики. В целом такая оптимизационная задача должна опираться на некоторую область «приемлемых» решений, которые оказываются несущественно хуже других, какой бы точки зрения субъект не придерживался. В пределах этой области и должны приниматься окончательные решения.

Б.Многокритериальные задачи оптимизации.

Для крупномасштабных задач исследовании операций наиболее типичной является многокритериальность - эффективность этих операций приходится оценивать несколькими количественными показателями W₁, W₂,.., Wn, один из которых желательно обратить в максимум, другие – в минимум. При этом ни один из показателей не может быть выбран в качестве единственного, а формулировка самой системы показателей оказывается достаточно сложной проблемой.

Возникает вопрос, можно ли найти решение, одновременно удовлетворяющее нескольким показателям эффективности? Оказывается, что нет. Решение, обращающее в максимум один какой-то показатель, как правило не обращает ни в максимум, ни в минимум другие. Поэтому часто применяемый критерий: «достигнуть максимального эффекта при минимальных затратах» (общеизвестный критерий эффективность/стоимость) носит декларативный характер и при научном анализе не может выступать в качестве основного. Это связано с тем, что он основан на неявном допущении, согласно которому недостаток в одном показателе всегда может быть скомпенсирован за счет другого, что, как правило, не справедливо. Например, низкая эффективность стрельбы зенитно-ракетного дивизиона ракетами с закончившимся гарантийным сроком хранения может быть скомпенсирована сниженной средней стоимостью таких ракет. Однако высокое в этом случае значение показателя эффективность/стоимость вовсе не означает, что столь же высоким будет более общий показатель эффективности, например, упоминавшаяся ранее вероятность W того, что ни один самолет не прорвется к назначенному объекту.

Необоснованным является и часто применяемый на практике так называемый обобщенный показатель эффективности W виде взвешенной суммы частных показателей, в которую каждый из них W_i входит с некоторым весом a_i, отражающим его важность: W = a₁ W₁ + a₂ W₂ + … При этом для тех показателей, значения которых необходимо увеличить, веса беруться положительными, уменьшить – отрицательными. Необоснованность применения этого обобщенного показателя связана с тем, что весовые коэффициента а₁, а₂ не являются постоянными. Они зависят как от самих величин W₁, W₂, так и от параметров обстановки. Если же веса а₁, а₂ выбирать произвольно, что обычно и делается, то столь же произвольным будет вытекающее из них «оптимальное» решение. Такое явление в оптимизации получило название «перенос произвола из одной инстанции в другую».

Тем не менее, применение математического аппарата к решению задач оптимизации позволяет получить ряд положительных результатов. Прежде всего он позволяет решать прямые задачи исследования операций, т. е. для любого решения Х находить значения показателей эффективности W₁, W₂, …, сколько бы их ни было. Поэтому для прямых задач многокритериальность – не помеха. И, во-вторых, что особенно важно, он помогает «выбраковывать» из множества возможных решений X заведомо неудачные, уступающие другим по всем критериям.

Рассмотрим это более подробно. Пусть имеется многокритериальная задача исследования операций с критериями W₁, W₂, …, W_κ. Для простоты предположим, что все эти величины желательно максимизировать. Пусть в составе множества возможных решений есть два решения x₁ и x₂ такие, что все критерии W_1, W₂, …, W_κ для первого решения больше или равны соответствующим критериям для второго решения, причем хотя бы один из них действительно больше. Очевидно, тогда в составе множества X нет смысла сохранять решение х₂ как неконкурентоспособное, поэтому оно вытесняется («доминируется») решением х₁. В результате процедуры последовательного отбрасывания заведомо непригодных, невыгодных решений множество Х обычно существенно уменьшается: в нем сохраняются только так называемые эффективные (иначе «паретовские») решения, характерные тем, что ни для одного из них не существует доминирующего решения.

Проиллюстрируем прием выделения паретовских решений на примере задачи с двумя критериями: W₁ и W₂ (оба требуется максимизировать). Множество Х состоит из конечного числа n возможных решений x₁ , x₂ , … х_n . Каждому решению соответствуют определенные значения показателей W_1, W₂; будем изображать решение точкой на плоскости с координатами W_1, W₂ и занумеруем точки соответственно номеру решения (рис. 1.1).

1•

3•

4•·

6•

7•

8•

9•

12•

13•

14•

15•

W1

W2

Рис. 1.1. Вариант распределения решений xi множества X

 

 

Очевидно, из всего множества Х эффективными будут только решения x₂, х₅ , х₁₀, х₁₁, лежащие на правой верхней границе области возможных решений (см. жирные точки, соединенные линией, на рис.1.1). Для всякого другого решения существует хотя бы одно доминирующее, для которого либо W_1, либо W₂, либо оба больше, чем для данного. И только для решений, лежащих на правой верхней границе, доминирующих не существует.

Когда из множества возможных решений выделены эффективные, анализ может вестись уже в пределах этого «эффективного» множества. На рис. 1.1 его образуют четыре решения: x₂, х₅, х₁₀ и х₁₁; из них х₁₁ - наилучшее по критерию W₁, x₂ – по критерию W₂. Дело должностного лица, принимающего решение, выбрать тот вариант, который для него предпочтителен (приемлем) по обоим критериям.

Аналогично строится множество эффективных решений и в случае, когда показателей не два, а больше (при числе их, большем трех, геометрическая интерпретация теряет наглядность, но суть дела сохраняется). Множество эффективных решений легче обозримо, чем множество Х. Что касается окончательного выбора решения, то он по-прежнему остается прерогативой соответствующего руководителя.

Следует заметить, что сама процедура выбора решения, будучи повторена неоднократно, может послужить основой для выработки некоторых формальных правил, применяемых уже без участия человека. Речь идет о так называемых «эвристических» методах выбора решений, когда группа экспертов многократно выбирает компромиссное решение в многокритериальной задаче исследования операций, решаемой при разных условиях α. Набирая статистику по результатам выбора, можно, например разумным образом подобрать значения «весов» а₁, а₂, … в соотношении W = a₁ W₁ + a₂ W₂ + …, и воспользоваться таким обобщенным критерием для выбора решения, на этот раз уже в автоматическом режиме, без участия человека. На это иногда приходится идти в условиях боевых действий, когда времени на обдумывание компромиссного решения нет.

В управлении огневыми средствами ПВО, в частности – зенитно-ракетными дивизионами, очень широко используется процедура выбора решения в так называемом «диалоговом режиме», когда машина, произведя расчеты, выдает лицу, управляющему операцией, значения показателей W₁, W₂, …, а это лицо, критически оценив ситуацию, вносит изменения в параметры управляющего алгоритма, либо соглашается с предложенным вариантом решения.

В случае, когда решение многокритериальной задачи по тем или иным причинам оказывается невозможным, применяют варианты компромисных решений. Первый из них связан с сведением многокритериальной задачи к однокритериальной. Один показатель (например W₁) выделяют в качестве главного и стремяться его обратить в максимум. На все остальные критерии W₂, W₃… накладывают некоторые ограничения, потребовав, чтобы они были не меньше каких-то заданных w₂, w₃ … В этом случае все показатели, кроме одного – главного, переводятся в разряд заданных условий α. Очевидно, что такой подход может быть применен при выборе решения в соответствие с упоминавшемуся ранее критерием эффективность/стоимость, когда оптимизация структур и технологий их взаимодействия по критерию эффективности происходит при фиксированном (имеющимся в распоряжении государства) ресурсе финансовых средств. Поскольку известный произвол в назначении границ W₁, W₂, … здесь все же остается, постольку поправки в эти границы могут вводиться в по мере необходимости.

Второй вариант связан с введением последовательных уступок от критерия к критерию. Предположим, что показатели W₁, W₂ … расположены в порядке убывающей важности. Сначала ищется решение, обращающее в максимум первый (важнейший) показатель W₁ = W^*₁. Затем назначается, исходя из практических соображений, с учетом малой точности, с которой известны входные данные, некоторая «уступка» ∆W₁, которую субъект согласен сделать для того, чтобы максимизировать второй показатель W₂. Далее, на показатель W₁ накладывается некоторое ограничение – от него требуется, чтобы он был не меньше, чем W^*₁ - ∆W₁, и при этом ограничении осуществляют поиск решения, обращающего в максимум W₂. После этого снова назначают «уступку» в W₂, ценой которой можно максимизировать W₃ и т.д. Очевидно, что при таком способе построения компромиссного решения сразу видно, ценой какой «уступки» в одном показателе приобретается выигрыш в другом и какова величина этого выигрыша.

Построение и развитие радиолокационной системы РТВ, как информационной подсистемы ВВС и ПВО, по основным своим признакам относится к классу стохастических многокритериальных задач, для решения которой может быть вполне обоснованно применены рассмотренные ваше методологические и методические средства теории исследования операций. В частности, в распоряжении командования имеется комплекс огневых и информационных средств противовоздушной обороны, которые необходимо наиболее оптимальным образом разместить вокруг объектов, организовать все виды боевого взаимодействия, распределить между ними имеющиеся материально-технические, кадровые и финансовые ресурсы, назначить зоны ответственности, для огневых средств произвести респределение целей, боезапаса и т.д. Если предположить, что каждый из самолетов противника, участвующих в налете, является потенциальным носителем мощного поражающего средства, которое будучи применено по тому или иному объекту, гарантирует его уничтожение, то главная задача операции – не допустить к охраняемым объектам ни одного самолета, а естественный показатель эффективности – вероятность W того, что ни один самолет не прорвется к назначенному объекту.

Но единственный ли это важный показатель? Безусловно, нет. Очевидно, что при одной и той же вероятности W командование предпочтет решение, при котором будет уничтожено наибольше количество самолетов противника как потенциальных участников последующих налетов, если цель предыдущих не достигнута. Отсюда второй показатель эффективности М – среднее число пораженных целей, который тоже необходимо максимизировать. Кроме того, командованию далеко не все равно, каковы будут собственные боевые потери П – еще один критерий, который подлежит минимизации. Желательно, кроме того, сделать минимальным средний расход зенитных ракет R_з и ракет класса «воздух – воздух» R_в. Наконец, руководство страны заинтересовано в достижении перечисленных выше показателей эффективности при минимальных финансовых затратах Ф, которые, в случае превышения определенных размеров, могут оказаться для экономики страны непосильным бременем. Все эти задачи являются предметом рассмотренной выше формирующейся теории исследования операций.

В месте с тем, при постановке и решении оптимизационной задачи с точки зрения какого-либо критерия исследователь сталкивается с наличием в группировке РТВ множества взаимодействий координационного и субординационного порядка и, следовательно, с необходимостью учета ее компонентной, структурной и функциональной сложности. В этом случае группировку РТВ рассматривают как сложную систему, а арсенал методологических средств исследования операций дополняют методологическими средствами системного подхода. Соотношение методологических средств этих двух подходов до сих пор строго не установлено и вызывает научные дискуссии. В то же время их комплексное применение к исследованию, построению и совершенствованию стохастических структур (с точки зрения системного подхода – сложных систем) часто оказывается весьма плодотворным.

 

1.1.2. Основные понятия, принципы и методы

системного подхода

 

Системный подход является важнейшим практико-ориентированным методологическим средством анализа и синтеза сложных объектов различной физической природы и различного назначения. На практике системный подход к исследованию операций сводится к тому, что каждый элемент, звено, компонент, функционирование которого оптимизируется, рассматривается как неотъемлемая часть другой, более сложной системы, в рамках которой пытаются выяснить, с одной стороны, каким образом функционирование данного элемента (звена, компонента) влияет на состояние и функционирование всей системы, а с другой – каким образом функционирование последней влияет на состояние и функционирование этого элемента (звена, компонента).

Специфика системного подхода к изучению радиолокационного вооружения и функциональной структуры Радиотехнических войск в целом определяется тем, что он ориентирует учащегося на раскрытие многообразных типов связей этого сложного военно-технического объекта, сведение их в единую теоретическую картину и выявление на этой основе уникального и даже загадочного свойства этой целостности – возникновение сверх суммарного (системного) эффекта, когда результат функционирования оказывается больше суммы эффектов составляющих, входящих в эту целостность. Приведем некоторую совокупность наиболее устоявшихся определений и принципов, необходимых и достаточных для последовательного применения системного подхода к изучению функциональной структуры радиотехнических войск и соответствующих систем радиолокационного вооружения.

Система – совокупность элементов любой физической природы, взаимосвязанных между собой таким образом, что возникает определенная целостность, единство. Целостность заключается в том, что свойства системы не могут быть сведены к простой сумме свойств составляющих её элементов, а исключение одного из элементов приводит к нарушению функционирования всей системы.

Всякая система включает элементы, их связи (структуру) и характерные для этих элементов и связей свойства, которые проявляются через ту или иную функцию системы. Части системы, обладающие аналогичными (одноуровневыми, однотипными) свойствами называют подсистемами. Объединение нескольких систем, обладающее системным свойством (целостностью), нызывают надсистемой или системой более высокого порядка.

Элемент системы - относительно устойчивый объект (часть системы), с однозначно определенными свойствами, находящийся во взаимосвязи с другими относительно устойчивыми, качественно определенными объектами, образующими в совместном взаимодействии глобальный эффект системы. Каждый элемент системы имеет входы и выходы (по крайней мере, один вход и один выход). Среди основных выделяют внутренний элемент (элемент, который имеет связи только с другими элементами данной системы и не имеет связи со средой), внешний элемент (имеет связи не только с элементами данной системы но и с элементами надсистемы) и рефлексивный элемент (элемент, обладающий рецепторными свойствами относительно оказываемого на него воздействия, то есть способный под его влиянием образовывать направленный эффект).

Среда представляет собой окружение, с которым система взаимодействует или посредством которого система взаимодействует с другими системами. Взаимодействующие со средой системы называются открытыми. Закрытые (замкнутые) системы среды не имеют. Среда – тоже система.

Понятия «элемент», «подсистема», «система», «надсистема» взаимно преобразуемы: система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка, а элемент, при углубленном анализе,- как система; отношение к системе определяется не только ее содержанием, но и точкой зрения на нее, позицией, задачей исследователя.

Связь элементов – одно из фундаментальных понятий в системном подходе, отражающее факт непосредственного взаимодействия элементов системы, а также элементов и внешней средой; система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами; виды связи выражают законы функционирования системы.

Структура системы - относительно устойчивая совокупность связей элементов, конкретизированных по величине и направлению и придающих этим элементам свойство системной целостности. Соотношение элементов и структуры системы подчиняется структурно-функциональному принципу: все свойства и функции системы зависят от характеристик ее элементов и структур их взаимодействия (системы связей) между собой.

Например, если взять кучку радиодеталей, охваченную обычными механическими связями, то она может представлять интерес разве что для скупщиков цветного лома. Если же эти радиодетали охватить соответствующими электрическими связями, то они, как элементы некоторой радиоэлектронной схемы, окажутся способными проявить принципиально новые свойства, не присущие ни одной радиодетали в отдельности, а именно – принимать и воспроизводить музыку и изображение, выполнять другие сложнейшие технологические операции и в таком новом качестве будут представлять значительный интерес для всего человечества.

Подобный системный (сверхсуммарный) эффект характерен не только для технических, но и социальных систем. Приведем небезынтересное на этот счет высказывание Ф. Энгельса, сделанное им в ходе дискуссии с Дюрингом. «…Мы хотим призвать еще одного свидетеля в пользу перехода количества в качество, а именно Наполеона. Последний следующим образом описывает бой малоискусной в верховой езде, но дисциплинированной французской кавалерии с мамлюками, в то время безусловно лучшей в единоборстве, но недисциплинированной конницей: «Два мамлюка безусловно превосходили трех французов; 100 мамлюков были равны по силе 100 французам; 300 французов обычно одерживали победу над 300 мамлюками, а 1000 французов всегда побивали 1500 мамлюков»… У Наполеона определенная минимальная величина конного отряда необходима, чтобы дать проявиться силе дисциплины, заложенной в сомкнутом строю и планомерности действия, и чтобы эта сила дисциплины выросла до превосходства даже над более значительными массами иррегулярной кавалерии, имеющей лучших коней, более искусной в верховой езде и фехтовании и, по меньшей мере, столь же храброй»[4].

Примеры проявления системного качества (сверх суммарного эффекта) в структурах с более высоким уровнем связей компонентов (более высоким уровнем организации) можно привести и из современного опыта боевых действий Вооруженных Сил РФ, в частности, из опыта проведения боевых операций чеченской компании. Здесь можно сослаться на мнение командующего армейской операцией по штурму г. Грозный в январе – феврале 2000 года генерал-полковника В.С. Булгакова относительно боеспособности чеченских боевиков.

Очевидно, что в случае с мамлюками находит свое проявление не только диалектический закон перехода количественных изменений в новое качество, но и системный закон композиции, согласно которому изменение вида связи элементов (структуры системы) сопровождается приобретением системой принципиально нового качества (в рассматриваемом случае - проявление упомянутой силы дисциплины и преимуществ сомкнутого строя с закономерной победой над противником, который задействовал в своей боевой организации системные связи более низкого качества).

Примеры проявления системного качества в структурах с более высоким уровнем связей (т.е. организации) можно найти и в совремкнном опыте боевых действий Вооруженных Сил РФ, в частности, в опыте проведения боевых операций чеченских компаний. Здесь можно сослаться на мнение генерал-полковника В.С. Булгакова, в январе – феврале 2000 года командовавшего армейской операцией по штурму г. Грозного.

Подобные примеры можно привести, основываясь на анализе специфики централизованного и децентрализованного взаимодействия радиолокационных подразделений в рамках радиотехнической части, как и радиотехнических частей в рамках той или иной группировки ВВС. Очевидно, что наличие централизованных (системных) связей придает совокупности радиолокационных подразделений новое системное качество, которым не обладает ни одно автономное радиолокационное подразделение. Это системное или функциональное качество найдет свое проявление в особенностях радиолокационного поля, о существовании которого, как о единой структуре, можно говорить только лишь в случае централизованного сбора, обработки, отождествления и передачи радиолокационной информации, а так же в его более высокой помехозащищенности, информационной способности и живучести. Здесь, как и в предыдущем случае, системные законы выступают в качестве механизма реализации законов диалектики, имеющих всеобщий характер.

Функция элемента системы - внешнее проявление свойств элемента в данной системе отношений.

Функция системы - внешнее проявление свойств данной системы в отношениях с системами более высокого уровня (с надсистемами).

Функциональное качество системы – специфическое свойство системы, приобретаемое ею в результате реализации того или иного способа связи со средой; каким образом система взаимодействует со средой, таково ее функциональное качество.

Функциональная структура системы - совокупность взаимодействий, связанных непосредственно с функционированием каждого элемента в данной системе в направлении образования ее глобального эффекта. Нормальная структура – структура, остающаяся неизменно в данных условиях и на данном промежутке времени. Динамическая структура – изменяющаяся структура, в которой присутствует момент изменения количества и направления отношений между ее элементами, включая возможность изменения элементного состава самой системы.

Граница системы – определенность множества ее элементов, реально осуществляющих взаимодействие любого типа с элементами окружения.

Системное качество – качество (совокупность новых свойств), которое приобретает объект в рамках некоторой системы и которое не сводится к качеству отдельного объекта (элемента) системы.

Конкретное функциональное качество системы – оценка степени или меры достижения конкретно сформулированной цели в пределах функционирования конкретно выбранной системы.

Полное функциональное качество системы – соответствие полученного результата главной цели системы.

Эффект системы – конкретное состояние системы в некоторый момент ее функционирования, наступившее вследствие всей совокупности взаимодействий и изменений ее элементов к рассматриваемому моменту. Это состояние зависит только от собственных свойств системы и выбранного момента его фиксации при функционировании.

Результат функционирования системы – «совмещение» ее конкретного объективного состояния с субъективным восприятием его полезности на фиксированном промежутке времени. Результат может оцениваться через соотнесение параметров объективного состояния системы на момент фиксации и субъективного образа предполагаемого состояния. Эффект, в отличие от результата функционирования системы, не подлежит субъективной оценке - он есть состояние «в себе», не зависимо от сознания субъекта оценивания системы.

Системообразующий фактор – важнейший признак (свойство) системы, объединяющий некоторое множество элементов в целостность. Внутренние системообразующие факторы – факторы, которые порождаются объединяющимися в систему элементами, группами элементов или всем множеством. Внешние системообразующие факторы – факторы среды (надсистемы), которые способствуют возникновению и развитию данной системы. В технических системах системообразующим фактором является положительно оцениваемый результат ее функционирования. В социальных (целенаправленных) системах основным системообразующим фактором является цель системы.

Организация системы – свойство системы сохранять свое функциональное качество в течение некоторого временного интервала. Если система достаточно устойчива и достаточно длительное время способна удовлетворять некоторым потребностям и если функционирование каждого ее элемента достаточно соответствует некоторым требованиям, правилам, методикам, инструкциям, нормированным в процессе ее формирования и отработки, то принято говорить о некоторой организации действующей системы как целостном интегративном образовании.

Состояние сиситемы – упорядоченная совокупность значений параметров, внутренних и внешних, определяющих ход процессов, происходящих в системе. Поведение системы есть развернутая во времени последовательность реакций системы на внешние воздействия.

К наиболее общим свойствам систем относят:

1. Целостность – свойства целого (всей системы) принципиально не могут быть сведены к сумме свойств ее элементов; у системы есть собственные свойства, которых нет ни у одного из ее элементов; поведение и свойства элемента системы зависят от его места и функций в системе.

2. Структурность– поведение системы обусловлено не столько свойствами ее элементов, сколько свойствами ее структуры, тем, как элементы расположены и взаимодействуют в системе.

3. Взаимозависимость системы и среды – система вычленяется из среды, формируется и проявляет свои свойства во взаимодействии со средой.

4. Автономность – система существует и развивается согласно не только общим, но и ее собственным, только ей присущим законам; уникальность присуща и системам, и их онтогенезу, т.е. индивидуальному развитию.

5. Адаптивность – система обладает определенной «живучестью», может приспосабливаться к изменениям внешней среды.

6. Иерархичность – взаимодействие элементов системы может быть представлено в виде иерархии связей; характер и особенности связей элементов системы имеют не менее важное системообразующее значение, чем сами элементы. Каждый компонент системы, в свою очередь, может быть представлен как иерархическая система, а сама система – как компонент более крупной системы. Выделение системы из окружающей среды определяется задачами исследования и точкой зрения исследователя.

8. Функциональность – способность системы проявлять определенные свойства (функции) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же проявляется (обнаруживается) цель (назначение) системы как желаемый конечный результат.

9. Множественность описаний – в силу принципиальной сложности каждой системы ее познание требует всестороннего рассмотрения, построения множества разных моделей, каждая из которых описывает лишь определенную сторону системы. Разработка единой вполне адекватной модели невозможна, все прогнозы относительно поведения систем имеют вороятностный характер.

10. Управляемость– способность системы к формированию целостного (эффективного) поведения для поддержания режима деятельности (функционирования), реализации ее главной цели (функции).

Множество современных систем, в силу значительного количества противоречивых свойств, связей и отношений наделено особым системным свойством – сложностью. Система является сложной, если обладает свойствами уникальности, слабопредсказуемости и негентропийности[5] (целенаправленности). Сложные системы иногда называют неравновесными, диффузными или системами с плохой организацией.

Объективная характеристика сложности системы зависит от качественных и количественных различий компонентов (элементов) и связей системы, т.е. от ее качественного и количественного разнообразия. Поэтому сложные (неравновесные или диффузные) системы - это системы, в которых имеет место действие очень многих разнородных факторов, существует большое число переменных, что предполагает большое количество элементов и их состояний. В таких системах нельзя четко выделить отдельные явления, нельзя установить непроницаемые перегородки, разграничивающие действие переменных различной физической природы; входы и выходы в них не являются фиксированными, они меняются местами; функции системы зависят от внешнего окружения и не жестко привязаны к ее статическим структурам.

В то же время, сложность системы относительна: она зависит от разных условий и сторон ее существования. Так, внутренне очень сложное функционирование системы получения разведывательной и боевой информации о средствах воздушного нападения противника в общей системе противовоздушной обороны может выступать в виде менее сложного макроповедения Радиотехнических войск, что иногда является основанием для недооценки их вклада в глобальный эффект всей системы противовоздушной обороны.

Рассмотренные ранее детерминированные системы будем называть S₁ - системами, стохастические – S₂ – системами, хаотические – S₃ – системами, сложные системы – S₀ - системами.

К наиболее общим свойствам сложных систем относятся:

1. Уникальность – неповторимость ряда свойств, качеств, элементов, в следствие чего каждая система такого класса не имеет полных аналогов поведения. Уникальность присуща не только системам, но и элементам систем; она проявляет себя по разному: в одних случаях ею можно пренебречь, в других она решающим образом влияет на поведение системы. Чтобы принимать уникальность за пренебрежительно малую величину, нужны серьезные основания.

2. Слабопредсказуемость: никакое, сколь угодно подробное знание морфологии (устройства) и функций элементов (подсистем) не позволяет определить функций объекта, никакое сколь угодно подробное и точное знание поведения объекта на интервале (-Т, 0] не позволяет точно предсказать его поведение на интервале (0, τ].

3. Негентропийность или целенаправленность: система в состоянии в определенных пределах управлять своей энтропией (уменьшать ее, сохранять, тормозить увеличение) при случайном и неблагоприятном воздействии среды или (и) способна осуществлять поведение, преследующее достижение определенной цели. Негентропия – мера вероятности пребывания в данном состоянии. Она определяет «стремление» системы к основному процессу, способность устранять последствия внешних и внутренних случайных воздействий.

Следует подчеркнуть, что для любой сложной социальной системы характерна многокритериальность: как правило, каждая подсистема или их объединение имеют свои критериальные функции, отвечающие их назначению. Вследствие относительной автономности и качественной неоднородности подсистем эти критерии могут находиться в противоречивых отношениях. Поэтому, во-первых, подсистемы таких систем не могут одновременно иметь экстремумы целевых функций, так как достижение экстремальных значений переменных одной подсистемы выводит за допустимые пределы переменные другой подсистемы; во-вторых, в сложной неравновесной системе невозможно достичь глобального оптимума (т.е. экстремума целевой функции всей системы), так как это нарушает нормальное функционирование составляющих ее подсистем; в-третьих, специфической проблемой оптимизации сложной, многоуровневой системы является согласование критериев подсистем между собой и с глобальным критерием системы в целом. При этом образуется «древо целей» с приоритетами. При практической реализации сложных социальных (эргатических) систем оказываются более рациональными и выгодными ситуации, в которых глобальный критерий ниже экстремального, а критерии подсистем различных уровней имеют близкие к оптимальным допустимые значения. Напомним, что разработка (изучение или исследование) такой системы относится к классу рассмотренных ранее многокритериальных оптимизационных задач исследования операций, связанных с поиском эффективных («паретовских») решений.

Системный подход к проектированию или изучению сложных систем, включая радиолокационную систему РТВ, может быть выражен в принципах физичности, моделируемости, целенаправленности (управляемости), коммуникативности, структурности, развития, а также в принципах функционального среза, конкретности и функционального эквивалента.

Принцип физичности является исходным. Он подразумевает, что всякой сложной системе, независимо от ее природы, присущи физические законы (закономерности); в рамках этой системы возможны уникальные, определяющие внутренние причинно-следственные связи, существование и функционирование. Никаких других законов (кроме физических) для объяснения действия систем любой природы, включая живые, не требуется. Принцип физичности включает несколько постулатов.

Постулат целостности: сложная система должна рассматриваться как единое целое. Этот постулат базируется на специфическом общесистемном свойстве: для всех способов декомпозиции[6] системы существует единственное множество системных свойств, зависящее только от системы и не зависящее от способа декомпозиции, при этом множество системных свойств всех подсистем не имеет ни одного общего элемента, т.е. свойства системыне сводятся к свойствам ее отдельных элементов или подсистем. Сущность постулата целостности состоит в том, что композиция (объединение подсистем в систему) и декомпозиция (членении системы) должны осуществляться в направлении генерирования характеризующей систему информации более высокого качества. Он ориентирует проектировщика (разработчика) радиолокационной системы РТВ или учащегося, осваивающего эту систему, на рассмотрение ее как органично целостного объекта, который: а) состоит из определенной совокупности компонентов (элементов, подсистем), взаимосвязь и взаимодействие которых обуславливают его целостность как системного образования; б) обладает интегративным качеством не присущим отдельным частям; в) обоснованно, т.е. с учетом объективно существующих связей и отношений, а не произвольным образом, выделен из окружающей среды.

Выявление целостности радиолокационной системы требует учета всех взаимосвязей внутри системы, а также системы со средой. Здесь необходимо выявить системное свойство, его содержание, механизм образования, факторы, которые препятствуют его появлению или снижают потенциальный уровень. Важно понять, какие свойства подсистем подавляются общесистемным свойством, каков механизм этого подавления и в каких условиях он теряет силу. Применение постулата целостности к разработке (исследованию, изучению) радиолокационной системы РТВ состоит также в раскрытии и накоплении сведений о системных свойствах на всех этапах исследования, в обобщении их в некоторые понятия и математические выражения, а затем – в применении этих понятий и математических выражений к подсистемам при исследовании их порознь после декомпозиции. Рациональность декомпозиции оценивается на основании определения целостности: если декомпозиция оказалась неудачной, системные и подсистемные понятия и математические выражения невозможно увязать, между ними теряется преемственность, они неустойчивы и производят случайное впечатление. Можно радиолокационную систему расчленить по функциональным элементам (радиолокационным подразделениям), создающим сплошное радиолокационное поле, а можно, например, по остатку ресурса радиолокационного вооружения. Последнее вполне возможно и законно, но бесполезно, так как носит равновероятностный характер.

Постулат автономности: сложные системы имеют автономную пространственно-временную метрику (группу преобразований) и внутрисистемные законы сохранения, определяемые физическим содержанием и устройством системы и не зависящее от внешней среды. Метрика связана с понятием расстояния между элементами системы. Сложная система находится в реальном геометрическом мире и взаимодействует с ним, но основное значение для ее свойств имеют процессы, которые протекают внутри системы. Познание системы требует прежде всего ее обозримого описания, и здесь выбор метрики может играть определяющую роль. Введение метрики радиолокационной системы означает создание модели ее геометрии; чем ближе эта модель к истинной геометрии системы, тем проще представление системы. Автономная метрика ограничивает возможные способы декомпозиции системы. С точки зрения пастулата целостности разнообразие декомпозиций помогает выявлению системных свойств. С точки зрения постулата автономности большинство декомпозиций, а может быть и все, кроме одной, отпадут. Останется единственная декомпозиция, которая соответствует автономной метрике радиолокационной системы.

Принцип моделируемости: сложная система представима конечным множиством моделей, каждая из которых отражает определенную грань ее сущности. Этот принцип дает возможность изучать (исследовать) определенное свойство или группу свойств сложной системы при помощи одной или нескольких упрощенных (узко ориентированных) моделей, поскольку модель, ориентированная на определенную группу свойств сложной системы всегда проще самой системы. В то же время, создание полной модели для сложной системы бесполезно, так как такая модель будет столь же сложной, как и моделируемая система. Доказательства сушествования и стабильности сколь угодно узко ориентированных моделей опирается на постулат дополнительности, а оценка пределов этой стабильности – на пастулат неопределенности.

Постулат дополнительности: сложные системы, находясь в различных ситуациях взаимодействия с внешней средой, могут проявлять различные системные свойства, в том числе альтернативные (т.е. несовместимые ни в одной из ситуаций по отдельности). В системном подходе этот постулат ориентирует исследователя (учащегося) на необходимость поиска в различных ситуациях соответствующие им проявления сущности сложной системы. Необходимость постулата дополнительности связана с ограниченностью средств познания и отображения реальности. Окружающая нас действительность едина, целостна, но отражение ее свойств в сознании субъекта неоднозначно, фрагментарно и ситуационно. Исследователь (учащийся) воспринимает одни грани сущности системы в одних условиях и другие грани сущности в других.

Постулат действия: реакция системы на внешнее воздействие имеет пороговый характер, то есть для изменения поведения системы требуется прирост воздействия, превосходящий некоторое пороговое значение. Изменение поведения сложной системы может быть связано с движением вещества, энергии и информации, которые, накапливаясь, проявляют свое воздействие скачкообразно, путем перехода из одного качественного состояния в другое. Следовательно, порог есть функция трех переменных: количества определенного вещества, количества энергии определенного качества, количества определенной информации. Для ВВС и ПВО, как сложной системы более высокого порядка относительно радиолокационной системы РТВ, уровень вещественно-энергетического взаимодействия, в силу различного рода ограничений, включая финансовые, носит достаточно регламентированный характер. Поэтому именно прирост информации, для накопления которой и создана радиолокационная система РТВ, определяет основные направления и виды деятельности ВВС и ПВО как надсистемы. Очевидно, что в рамках этой надсистемы радиолокационной системе РТВ принадлежит важнейшая - информационная – функция, а сама эта система является информационной.

Следует иметь ввиду, что конструктивное значение постулата действия определяется покомпонентными порогами, значения которых регулируются системой. До определенного уровня действие среды компенсируется усилением одних и ослаблением других процессов, а начиная с некоторого уровня требуется переустройство системы. Например, применение в боевых порядках средств воздушного нападения противника ограниченного числа постановщиков активных помех парировалось применением в системе РТВ радиолокационных средств с двух – трех канальными автокомпенсационными системами помехозащиты. Массированное же применение этих помех, в сочетании с мероприятиями по снижению радиолокационной заметности воздушных объектов, потребовали коренного переустройства всей радиолокационной системы РТВ, включая широкое использование пассивного приема и методов многопозиционной обработки радиолокационной информации.

Постулат неопределенности: максимальная точность определения (измерения) свойств сложной системы зависит от присущей данной системе области неопределенности, внутри которой повышение точности определения (измерения) одного свойства влечет за собой снижение точности другого (других); одновременно измерить значение двух (или более) параметров с точностью, превышающей определенный уровень, невозможно. В радиолокации точность одновременного измерения, например, дальности и скорости цели имеет предел, зависящий от вида сигнала. Этот предел характеризуется соответствующей функцией неопределенности и является одной из основных объектов системного подхода при проектировании РЛС. Физическая причина неопределенности состоит в том, что измеряемая величина (количественно выраженное свойство) влияет на внутрисистемный инвариант. В частности, при частотно-модулированном радиолокационном сигнале измеряется линейная функция от координаты и скорости. Точность оценки этой функции есть системный инвариант (устойчивое свойство), который кладет предел точности определения координаты и скорости порознь – выигрывая в одном, неизбежно проигрывают в другом – иначе изменится инвариант, что физически невозможно для конкретного сигнала.

Принцип целенаправленности определяет особое место и роль сложных систем. Он ориентирует на рассмотрение целесообразности и управляемости как системообразующих факторов функционирования и развития сложной системы независимо от ее физической природы. Целенаправленность в системном подходе понимается как функциональная тенденция, направленная на достижение системой некоторого состояния, либо на усиление (сохранение) некоторого процесса. При этом система оказывается способной противостоять внешнему воздействию, а также использовать среду и случайные события.

Следствием принципа целенаправленности является постулат выбора: сложные системы обладают областью выбора и способностью выбирать поведение, т. е. реакцию на внешнее воздействие в зависимости от внутренних критериев целенаправленности; никакое априорное знание не позволяет ни надсистеме, ни самой системе однозначно предсказать этот выбор. Сложная система строит свое поведение в существенной, хотя и неоднозначной, связи с ситуацией. Поэтому на это поведение можно влиять (управлять им). Можно ожидать, что степень неоднозначности зависит от ситуации, т. е. внешних связей и среды. Более того, не исключено, что в определенных условиях неоднозначность исчезает, что можно наблютать на ряде социальных или эргатичсеских (человек –техника – среда) систем. Однако полной однозначности зависимости выходной реакции на входное воздействие не достигается.

В эргатических системах постулат выбора выдвигается на первый план. Познание и использование этого постулата здесь имеет два аспекта. Первый касается стимулирования или подавления свободы выбора. Очевидно, что в рамках взаимодействия надсистем «средства ВВС и ПВО – средства воздушного нападения противника» свобода выбора противника должна быть подавлена или максимально ограничена. Применительно же к радиолокационной системе стимулирование и подавление свободы выбора должно проявляться в органическом единстве. Стимулирование выбора расширяет возможности радиолокационной системы по отбору целевых функций, компонентов подсистемы управления, свойств и способов взаимосвязи этих компонентов, поскольку правильный выбор целевых ориентиров, как и своевременная их корректировка – важнейшее условие успешного становления и развития проекта. В свою очередь, конкретное достижение этих ориентиров в реальной боевой обстановке в значительной мере зависит от ограничения форм и способов управления жизнедеятельностью этой радиолокационной системы, высшей и конечной целью которого является достижение возможно большего полезного эффекта при наименьших усилиях и затратах. Второй аспект связан с количественным описанием выбора, его формальным представлением, качественной и количественной оценкой и использованием этой оценки в форме некоторого решения, рассмотренного ранее в параграфе исследования операций.

Постулат выбора позволяет сложной системе в соответствие с ее целенаправленностью использовать редкие благоприятные ситуации или события, возникающие во взаимодействии со средой и блокировать неблагоприятные для нее процессы и события.

Принцип коммуникативностипредусматривает, что в процессе разработки (изучения) сложной системы в первую очередь следует выявить и изучить ее коммуникации – внутренние и внешние связи, основными из которых являются: связи взаимодействия системы, ее сторон и свойств; связи порождения, раскрывающие генезис (возникновение, становление); связи преобразования; связи строения (структуры); связи функционирования; связи развития, которые вызывают и определяют существенные изменения в строении системы и формах ее существования (жизни); связи управления, которые предопределяют разновидности функциональных связей и связей развития. Этот принцип нацеливает исследователя (учащегося) на необходимость выделения из всей совокупности связей основной (системообразующей), которая совместно с соответствующими элементами порождает интегративное качество рассматриваемой системы, ее специфику.

Принцип структурности отражает зависимость эффективности функционирования сложной системы от характера связей ее элементов, т.е. от структуры. Он ориентирует исследователя (учащегося) на рассмотрение способа установления связей и отношений между элементами системы как единства противоположностей. С одной стороны, структура должна придавать системе прочность, устойчивость, высокую степень сопряженности всех ее компонентов – и сложных подсистем и элементарных частиц в каждой подсистеме и, следовательно, способность противостоять внешней агрессивной среде в качестве самостоятельного, не растворяющегося в ней некоторого системного образования. С другой стороны, структура должна обладать свойством подвижности, гибкости, изменчивости и, следовательно, обеспечить возможность преобразования, развития системы и появления у нее нового интегративного (системного) качества. Этот принцип подчеркивает то обстоятельство, что сложной системе присуще множество самых разнообразных связей и, следовательно, структур. Поэтому ей присуща многокачественность.

Принцип развития, как междисциплинарное преломление принципа диалектики, ориентирует исследователя (учащегося) на рассмотрение движения (функционирования и развития) сложной системы как процесса количественных и качественных изменений, обуславливающих ее переход с одного уровня целостности к другому. Основным принципом этого движения является диалектическое отрицание, при котором очередное целостное состояние системы заключает в себе остатки прошлого, настоящего, составляющее именно ее качественную специфику, и элементы будущего ее состояния.

Принцип функционального среза состоит в том, что в систему должны входить только те материальные образования и только в таких взаимодействиях, которые существенны в создании глобального эффекта этой системы.

Принцип конкретности утверждает, что не существует систем вообще, каждая система конкретна. Конкретность заключается в однозначности закона соответствия изменения состояний взаимодействующих элементов (при данной их норме существования и в данный момент времени) независимо от предшествующего процесса становления этих состояний. Другими словами, всякие изменения в окружении, относительно которых система обладает рецепторными свойствами (т.е. свойствами воспринимать воздействия), необходимо вызывает изменения в ней, и эти изменения определяются конкретными законами соответствия отношения системы и окружения.

Принцип функционального эквивалента состоит в том, что в процессе формирования той или иной системы можно осуществлять замену или преобразование любого элемента этой системы при единственном условии – достаточном поддержании или улучшении общего эффекта системы.

Системный подход, помимо принципов и постулатов, включает методы, основными из которых являются системный анализ, системный синтез и системное моделирование.

Системный анализ представляет собой комплекс взаимосвязанных приемов и процедур конструирования и/или исследования (изучения) сложных и сверхсложных объектов и процессов. От формально-логического анализа он отличается своими исходными установками: стремлением с максимальной полнотой учесть все входные и выходные характеристики объекта, т.е. рассмотреть объект как систему; ярко выраженным междисциплинарным подходом к решению проблем познания или изучения; проблемно ориентированной, а не функциональной организацией разработок, исследований или изучения.

Системный синтез связан с интеграцией системных представлений об одном и том же объекте, полученных при различных «срезах» с этого объекта; направлен на преодоление односторонней, узкоспециализированной точки зрения на изучаемый объект или исследуемую проблему.

Системный подход и системный анализ соотносятся между собой также как методология (наука о методе) и собственно метод. Системный анализ предусматривает всестороннее исследование объекта (в данном случае - сложной системы) с использованием компонентного, структурного, функционального (функционально-стоимостного), параметрического, генетического и атрибутивного (качественного) видов анализа.

Компонентный анализ - предполагает рассмотрение объекта как сложной системы, каждый элемент которой представляет собой систему меньшего порядка (подсистему), а сам рассматриваемый объект представляет собой элемент системы более высокого порядка (надсистемы).

Структурный анализ - предусматривает определение (установление) вида связей между компонентами объекта.

Параметрический анализ - предполагает установление пределов (физических, экономических и др.) качественного развития объекта. С этой целью выявляют ключевые (в том числе и технические) противоречия, препятствующие дальнейшему развитию объекта в целом. Затем ставится задача по устранению этих противоречий за счет новых решений. При проведении параметрического анализа используются данные об уровне выполнения главной и некоторых дополнительных функций объекта.

Генетический анализ - предполагает исследование истории развития (генезиса) объекта (на всех стадиях жизненного цикла) от «идеи» до морального и физического распада.

Функциональный анализ - предполагает рассмотрение объекта как комплекса выполняемых им функций (а не как материально-вещественных структур). Функциональный анализ исходит из того, что в анализируемом объекте полезным функциям всегда сопутствуют вредные и нейтральные функции.

Функционально-стоимостной анализ - комплексное технико-экономическое исследование функций и параметров объектов и выработкарекомендаций по минимизации затрат на стадиях проектирования, создания и использования системных объектов при сохранении или повышении ими качества исполнения своих функций. Выражается в упоминавшихся ранее показателях «эффективность/стоимость».

Атрибутивный (качественный) анализ - предполагает исследование системы как совокупности свойств, внутренне ей присущих. Данный вид анализа выявляет качественную определенность системы, т.е. позволяет выяснить, чем одна система отличается от другой системы.

Атрибут - неотъемлемое постоянное свойство объекта, предмета (системы), без которого предмет не может ни физически существовать, ни мысленно восприниматься.

Свойство - качественный признак предмета, объекта (системы), обусловливающий его различие или сходство с другими предметами и проявляющийся во взаимодействии с ними.

Ряд перечисленных выше свойств присущи и нестационарным техническим системам, меняющим свои характеристики во времени в зависимости от динамики внутренних и внешних условий. В то же время, любая техническая система не возникает и не функционирует сама по себе. Так или иначе, такая система оказывается вовлеченной в систему человеческой деятельности и социальных взаимодействий. Поэтому любая техническая система оказывается составной частью, подсистемой сложной системы более высокого порядка, к которой принято относить социальные (целенаправленные) системы. Эргатические системы (системы человек – техника – среда), подобные радиолокационной системе РТВ, являются разновидностью именно таких целенаправленных систем.

Деятельность, представляя собой целесообразное, опосредствованное и преобразовательное взаимодействие человека с окружающей действительностью, изначально протекает в соответствие с некоторой совокупностью принципов, требований, правил и методов. Поэтому она выступает как некоторая целенаправленная нормативная подсистема (рис. 1.2) соответствующей социальной (эргатической) системы, в которой субъект раскрывается через социальные и индивидуальные потребности, мотивы, цели и способы (методы) деятельности, а собственно деятельность – через объект, процесс и конечный результат этой деятельности. Понятие процесса, в свою очередь, раскрывается через технологии и средства деятельности.

Атрибутивная схема деятельности позволяет проводить анализ любой социальной системы, включая системы военно-технического назначения. В этом анализе можно выделить девять взаимосвязанных этапов. Первый этап связан с выявления субъекта деятельности (индивидуального или совокупного). Второй связан с определением исходной потребности, побуждающей субъекта этой деятельности проявлять соответствующую активность. На третьем этапе необходимо получить ответ на вопрос – насколько полно и точно субъект осознает потребность в той или иной деятельности? Мотивированные действия подчинены осознанной потребности. Поэтому мотив деятельности выступает как осознанная потребность.

 

Способы (методы)

Цели

Мотивы

Потребности

Субъект

Объект

Технологии

Процесс

Средства

Деятельность

Результат

Рис. 1.2. Атрибутивная схема деятельности

 

 

Четвертый этап связан с выявлением цели деятельности и предполагает ответ на вопрос - что намерен получить (сделать, создать и т.д.) субъект в результате соответствующей деятельности, существует ли в его сознании достаточно полный образ конечного результата, какими свойствами (характеристиками, признаками, параметрами) должен обладать ожидаемый результат? Пятый этап связан с выявлением исходного состояния объекта деятельности, его управляемых и неуправляемых параметров, уровня информационной неопределенности, а также комплекса действий по переводу объекта в желаемое состояние. Шестой этапсвязан с выявлением предполагаемых способов (методов)[7] деятельности, посредством которых может быть достигнута цель деятельности, а в месте с ней и глобальная цель системы. Седьмой этап связан с осознанием (выявлением) процесса деятельности. Седьмой этап связан с ответом на вопрос - какие средства (в то числе технические) и условия нужны для того, чтобы перевести объект деятельности из исходного состояния в ожидаемое, планируемое? Восьмой этап возвращает исследователя к четвертому, но не в будущем, а в настоящем или прошедшем времени: «Что реально удалось получить, каков конечный результат осуществленной деятельности, насколько он соответствует исходному замыслу, т.е. глобальной цели системы?». И, наконец, девятый этап связан с ответом на вопрос: «В какой мере удовлетворена исходная потребность деятельности?».

Следует заметить, что любая деятельность, и военно-техническая деятельность не исключение, обладает важнейшим свойством - свойством рефлексивной[8] симметрии (рис. 1.3), то есть наличием в ней двух взаимосвязанных составляющих: а) выполнение тех или иных конкретных действий или операций, направленных на изменение, преобразование соответствующего фрагмента реальности; б) осознание, осмысление и изменение (усовершенствование) средств, методов и технологий выполнения этих действий. Если предметом деятельности как таковой является некоторый объект, средством – совокупность технических, информационных, экономических и т.д. средств воздействия субъекта на объект, а результатом - новое (желаемое для субъекта) состояние объекта, то предметом рефлексии являются результат деятельности, а также цели, методы, средства, технологии и процесс этой деятельности.

 

Технология

Результат

Способ

Методы

Объект

Нормы

Средства

Цель

Мотив

Потребности

Субъект

Рефлексия

Процесс

Деятельность

Формы

Средства

Предмет

Механизм

Методы

Нормы

Рис. 1.3. Схема рефлексивной симметрии деятельности

 

При этом средства, методы и механизм рефлексии принципиально отличаются от соответствующих атрибутов исходной деятельности, приближаясь к средствам, методам и механизмам научного исследования. Результатом же рефлексии является не новое состояние объекта, как в первом случае, а знание о сущности и новых нормах исходной деятельности, оптимизирующих ее. Поэтому любая социальная система является сложной системой с рефлексией, а взаимодействие таких систем связано с воздействием на сферу рефлексии соответствующей системы.

В наибольшей степени это характерно для противоборствующих систем, то есть для систем, интересы и цели которых носят противоположный, взаимоисключающий характер. Структурная схема, отражающая взаимосвязь сил и средств ВВС с воздушным противником, а также связь субъектов деятельности противника ВВС с соответствующими атрибутами, представлена на рис. 1.4.

 

Внешняя среда: 1. Среда распространения 2.Мешаю-щие отражения 3.Внешние мешающие излучения 4.Внешнее огневое поражение

Способ

Цель

Мотив

Предмет

Субъект деятельности и рефлексии

Результат

Метод

Процесс

Средства

Противник

Силы и средства ВВС

Метод

Предмет

Процесс

Субъект деятельности и рефлексии

Способ

Цель

Средства

Результат

Мотив

Рис.1.4. Взаимосвязь воздушного противника с силами и средствами ВВС

 

Под субъектом деятельности в том и другом случае понимается некоторый совокупный абстрактный субъект, например, руководящие составы (боевые расчеты) обеих сторон. Здесь следует учитывать, что эти субъекты деятельности одновременно являются и субъектами рефлексии, то есть оказываются способными подвергать всестороннему анализу не только собственную деятельность, но и деятельность противостоящей стороны. В целом противостояние нападающей и обороняющейся сторон связано с целенаправленным воздействием на систему рефлексии противника таким образом, чтобы в наибольшей степени ее исказить, направить по наиболее выгодному для себя варианту развития. Различные варианты построения воздушного удара, гибкая тактика применения сил и средств воздушного нападения, включая различного рода помехи радиоэлектронным средствам противовоздушной обороны и многое другое, является основным средством воздушного противника по манипулированию рефлексией субъектов управления обороняющейся стороны.

Следует заметить, что в качестве основного средства манипуляции рефрексивной сферой субъекта противостоящей системы является информация. Поэтому современные и процессы целенаправленного воздействия на сферу рефлексии субъекта противостояния с целью получения от него желаемого для воздействующей стороны результата получили название «информационная война», а технологии и соответствующие механизмы ее реализации стали называться организационным оружием.

Многие современные специалисты в области информационных войн считают, что разрушение Советского Союза было достигнуто именно с помощью организационного оружия. Они же склонны считать, что это самое оружие в настоящее время применяется и против России со стороны ее геополитических противников в интересах упоминавшейся ранее «интернационализации» принадлежащих ей миниральных и энергетических ресурсов без изнурительного открытого военного противостояния. Поэтому возможное нанесение поражения средствам ВВС, прикрываемым ими государственным и административно-хозяйственным объектам со стороны воздушного противника, как и обратное нанесение поражения воздушному противнику со стороны сил и средств ВВС, является основным следствием превосходства той или иной стороны не столько в средствах и методах непосредственного противостояния, сколько в ранге (уровне) рефлексии.

По технологии реализации воздействие на рефлексивную сферу субъекта противостояния совпадает с управлением, а технология такой манипуляции получило название «технология рефлексивного управления». По содержанию рефлексивное управление подразделяют на простое и сложное. При простом управлении (воздействии) его цели достигаются (в вероятностном смысле) с помощью передачи тем или иным способом информации (фактической, ситуационной или воображаемой) противодействующей системе для побуждения (принуждения) к принятию ею решения о поведении или действии, желательного (выгодного) управляющей стороне.

Первая (управляющая) система при этом располагает определенной информацией о возможностях второй (управляемой) системы, т.е. ей известно множество возможных вариантов поведения (действий) второй системы, ее показатели эффективности, ограничения по ресурсам, а также обобщенная модель поведения, характеризующая изменение основных свойств системы с учетом их взаимодействий. Первая система, помимо передачи информации или создания определенной ситуации, может оказывать на вторую систему и непосредственное воздействие (применительно к рассматриваемому случаю, например, осуществлять регулярные полеты вдоль воздушной границы с периодическим ее кратковременным нарушением и т.д.). Сложное рефлексивное управление связано с управлением самой рефлексией, т.е. с воздействием не на процесс отражения обстановки управляемой системой (посредством передачи соответствующей информации или путем непосредственного воздействия) а на сам процесс моделирования возможных действий и принятия решений.

Применительно к рис. 1.4 это противостояние может быть представлено следующим образом. Рефлексирующая (общая) сложная система S₀ состоит из трех основных частей, действующих как бы автономно. Одна часть моделирует сторону нападения (система S₁). Это субъект действия (управления). Другая – обороняющуюся сторону (систему S₃), то есть моделирует объект управления, который имеет достаточно сложную структуру. Третья (S₂), которую можно назвать рефлексивной – осуществляет анализ ситуаций и контроль взаимодействия в интересах системы S₁. В результате проигрывания ряда вариантов отбирается такой, в котором S₁ получает выгодные (с точки зрения поставленных ею целей) стимулы к поведению системы S₃. На основании этих стимулов строится программа рефлексивного управления, которая подвергается непрерывной оперативной корректировке. Средством оперативного исследования складывающейся ситуации является планомерное применение управляющих воздействий таким образом, чтобы сначала выявить тенденцию в изменении поведения S₃, а затем использовать ее в интересах повышения эффективности S в целом.

Процесс рефлексивного управления разбивают на четыре основных этапа: рефлексивный анализ ситуации, рефлексивное управление, оперативный анализ ситуации, оперативное управление. На первом этапе (интервал времени [0, t₁]) управляющая система S₁ осуществляет некоторое предварительное воздействие на S₃, осуществляет наблюдение за ней и выявляет тенденцию в изменении ее поведения. На втором этапе (интервал [t₁, t₂]) осуществляется управляющее воздействие посредством передачи S₃ таких сведений, которые соответствуют замыслу S₁. При этом управляющее воздействие обосновано оценками предыдущего этапа. На третьем этапе (интервал времени [t₂, t₃]) производится оценка результата рефлексивного управления и принятие решения относительно правильности выбранной стратегии рефлексивного управления с последующим переходом к четвертому этапу (результат положительный), либо переходом к обоснованию новой модели поведения S₃, нового плана оперативного и рефлексивного управления (результат отрицательный). На четвертом этапе (интервал времени [t₃, t₄]) осуществляется оперативное управление состоянием S₃, обеспечивающее заданную эффективность рефлексирующей системы S.

Очевидно, что в противостоянии систем S₁ и S₃ рефлексивное управление приобретает форму рефлексивного взаимодействия, в котором взаимодействующие стороны преследуют достижение противоположных целей. При этом в силу общих закономерностей вооруженной борьбы сторона нападения превосходит обороняющуюся сторону в ранге рефлексии. Превосходство обусловлено фактором инициативы, возможностью выбора, меньшей степенью априорной неопределенности боевых ситуаций и т.д., которыми изначально располагает нападающая сторона относительно обороняющейся.

Следует заметить, что взаимодействие (противодействие) рассматриваемых систем носит трижды опосредствованный характер: а) через систему рефлексии противостоящей стороны (через методы, технологии и средства анализа складывающейся политической, военно-технической, стратегической и тактической ситуации, методы, технологии и средства принятия решения о характере возможных упреждающих или ответных действий), б) через средства противодействия (средства воздушного нападения с одной стороны и огневые средства и РЛС - с другой), в) через внешнюю среду, которая посредством мешающих отражений, внешних мешающих излучений и нелинейных эффектов среды распространения может оказать серьезное влияние на исход противодействия. Отсюда следует несколько специфических требований к уровню профессиональной подготовки будущего офицера РТВ ВВС: а) помимо высоких общепрофессиональных качеств, офицер РТВ должен иметь соответствующую психологическую готовность к противостоянию противнику, наблюдаемому опосредствованно, то есть всего лишь в виде отметки от цели на экране РЛС; б) иметь развитые абстрактное мышление и творческое воображение, позволяющие ему эффективно парировать упомянутое превосходство в ранге рефлексии со стороны противника.

Таким образом, основной целью системы воздушного нападения противника является нанесение максимального ущерба противодействующей стороне, включая ее средства защиты. Основной целью системы ВВС является обеспечение минимума упомянутого ущерба через максимальное ослабление сил и средств противника. Поэтому цель, предмет и предполагаемый результат действий воздушного противника и связанные с ними метод, способ, процесс и средства являются первичными и предопределяют цель, предмет, предполагаемый результат, а также связанные с ними метод, способ, процесс и средства действий ВВС. Следовательно, закономерности построения радиолокационной системы РТВ определяются законами строения, функционирования и развития средств воздушного нападения противника и тактикой их боевого применения.

 

1.2. Радиолокационная система как сложная неравновесная

система с рефлексией

 

В рассмотренном выше рефлексивном взаимодействии современная радиолокационная система РТВ выполняет важнейшую информационную функцию. Она предназначена для создания в реальном масштабе времени динамической информационной модели воздушной обстановки в границах группировки РТВ, способной обеспечить наиболее полное использование боевых возможностей огневых средств ВВС и ПВО при отражении ударов воздушного противника. Однако, в силу различного рода стохастических факторов, в первую очередь – целенаправленно создаваемых противником, такая информационная модель в той или иной мере отличается от реально осуществляемой им воздушной операции. Это отличие в решающей степени определяет успех отражения воздушного удара силами и средствами ВВС. В этой связи основные усилия радиолокационной системы РТВ связаны не только с глубоким и всесторонним анализом поступающей информации о противнике и силах ВВС с целью максимального приближения создаваемой ею модели воздушного удара к реально протекающим событиям вооруженной борьбы, но и с анализом, совершенствованием и развитием собственной структуры, применяемых радиолокационных средств, а также средств, технологий и методов сбора, обработки и передачи радиолокационной информации на обеспечиваемые командные пункты и огневые средства.

С целью реализации двуединой функции (информационной и рефлексивной) радиолокационная система РТВ осуществляет разведку воздушного противника в установленных высотных границах на территории Российской Федерации и сопредельных государств с помощью радиоэлектронных средств, основными из которых являются радиолокационные средства. Радиолокационными средствами являются средства получения координатной (и другой) информации о воздушных (и других) объектах на основе приема и анализа радиоволн, рассеиваемых (излучаемых) этими объектами.

Основными элементами радиолокационной системы являются радиолокационные станции (РЛС), действующие в режиме излучения и приема пассивного ответа (эхо-сигнала) объекта. При этом каждая из РЛС, развернутая на конкретной позиции, создает свою зону обнаружения , которая представляет собой область воздушного пространства, в пределах которой обеспечивается обнаружение воздушных объектов с заданным средним значением ЭПР и получение о них информации i-й РЛС с показателями качества, не хуже заданных: для радиолокационного обнаружения - вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги, для радиолокационного измерения – дисперсия ошибки измерения координат (рис. 1.5).

Совокупность зон обнаружения включенных РЛС образуют в пространстве требуемое радиолокационное поле (РЛП) радиолокационной системы РТВ : .Даже поверхностный, качественный анализ радиолокационного поля указывает на сложность аналитического описания состояния и функционирования радиолокационной системы. Это связано со следующим:

1. Радиолокационная система состоит из огромного количества разнообразных элементов (РЛС) со своими связями и многообразными видами взаимодействий.

2. Прием радиолокационных сигналов всегда производится на фоне различных помех и носит случайный характер.

3. Случайностью воздушной и помеховой обстановки из-за неизвестности замысла противника.

4. Пространственной и временной нестационарностью помех и сигналов из-за случайного характера их модуляции.

5. Случайностью отказов элементов системы и связанных с этими отказами случайными изменениями функциональных связей между ними из-за воздействия противника и собственных неисправностей РЛС.

НМАХ

RМВ

ДМАХ

εМАХ

εМIN

Рис. 1.5. Сечение зоны обнаружения i-ой РЛС (РЛК) в вертикальной плоскости. Здесь: , – соответственно максимальный и минимальный углы места; RМВ – радиус «мёртвой» воронки; – максимальная дальность обнаружения; – максимальная высота («потолок») обнаружения

 

Таким образом, в силу сложности и существенной роли случайных факторов, радиолокационная система РТВ должна рассматриваться как сложная неравновесная система с рефлексией. От точности модели, глубины рефлексии, масштаба, и обоснованности ее результатов в решающей степени зависит выполнение системой РТВ своей основной (информационной) функции. Для такой системы крайне важно обеспечить заданный уровень эффективности в критических боевых ситуацях при минимальных затратах на ее создание и функционирование. Очевидно, что здесь возникает классическая стохастическая задача многофакторного исследования операций.

В настоящее время эта задача решается преимущественно методом качественного анализа. При этом основную функцию «идеальной» радиолокационной системы по добыванию радиолокационной информации формулируют как максимально полное, безошибочное и точное отображение и прогнозирование трасс воздушных объектов и выявление их признаков (принадлежности, класса и др.) в реальном масштабе времени. Соответственно к основным функциональным показателям качества радиолокационной системы (которые можно назвать и информационными) относят: полноту и достоверность отображения воздушной обстановки, точность отображения трасс, условные показатели качества соответствующей некоординатной информации и другие.

Эти показатели (с учетом боевых возможностей своих огневых средств) определяются в общем случае заданной моделью удара воздушного противника: в пространстве наблюдения задаются трасс (где ) воздушных объектов, их характеристики и параметры внешней среды (электромагнитной или помеховой обстановки). Среднестатистические же показатели качества радиолокационной системы определяют в основном моделированием на ЭВМ наиболее типичных или вероятных вариантов удара воздушного противника. При этом стремятся определить математическое ожидание числа отображаемых трасс , числа ложных трасс и среднеквадратические ошибки определения координат, а показатели

, ,

характеризуют соответственно ожидаемую полноту, достоверность и точность отображения воздушной обстановки данной модели налета (удара).

Варьируя варианты группировки РТВ при заданной модели удара, либо меняя модели удара для одной и той же группировки РТВ можно обосновать предпочтительный вариант построения, требования к тактико-техническим характеристикам РЛВ, оценить ожидаемую эффективность группировки. Многомерный параметрический критерий нагляден, а требования к его составляющим достаточно просто обосновываются: ; ; .

Однако с его помощью трудно проводить количественный многофакторный анализ радиолокационной системы и, следовательно, выработать рекомендации по ее совершенствованию, так как он рассчитан на известный вариант воздушного удара. Поэтому проблема формализации критерия эффективности и разработки математической модели радиолокационной системы является весьма актуальной. Получим аналитическое выражение, позволяющее проводить количественный многофакторный анализ эффективности системы ПВО ВВС и радиолокационной системы РТВ.

Рассмотрим некоторую абстрактную систему ПВО ВВС (рис. 1.6), содержащую м огневых подсистем (зенитно-ракетных и истребительно-авиационных полков и бригад), радиолокационную систему РТВ и некоторую систему управления. Эффект от ее использования будем исчислять посредством размера предотвращенного ущерба U, который может быть нанесен обороняемым объектам в процессе воздушного удара противника. При независимых воздействиях целей по объектам этот ущерб можно описать выражением

,

где Q – число обороняемых объектов; U_h- ценность (важность) h-го объекта; M – число атакующих целей; A_j ≤ 1 – опасность (поражающая способность) j-й цели; f_hj – функция поражения h-го объекта j-й целью; θ_hj – расстояние между h-м объектом и точкой атаки j-й цели, z_j – наряд огневых средств ПВО на уничтожение j-й цели; – вероятность поражения -м средством j-й цели.

Рис.1.6. Система противовоздушной обороны ВВС

Радиолокационная система РТВ ВВС

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Боевая информация

Боевые донесения

Информация управления

Огневое поражение

Разведывательная иформация

Системы ЗРВ и ИА ВВС

СВН В полете. Внешняя среда

Радиолокационная информация

 

Обозначим общий ресурс, выделенный для решения всех задач ПВО, через z₀:

, (1.1)

где z_l – часть ресурса для решения l-й информационной (радиолокационной) задачи; L₀=L_l+L₁ – общее число решаемых информационных задач, где L_l – число информационных задач, решаемых по ложным данным (ложным трассам целей); L₁ – число информационных задач, решаемых по реальным целям из числа L (некоторые задачи не решаются, образуется экономия ресурса, которая может быть обращена на решение других задач); z_j – ресурс системы ПВО, выделенный для уничтожения воздушных целей; М – число целей, участвующих в налете на объекты ПВО и подлежащих безусловному уничтожении. Перерасход ресурса воспрещен, поэтому где – достоверность боевой информации, зависящая от вероятности ложной тревоги Ρ_л.

Поскольку максимально возможный ущерб , постольку ущерб, предотвращенный системой ПВО (положительный эффект системы ПВО), равен:

. (1.2)

Для упрощения выражения (1.2) положим, что охраняемые объекты равноценны (U_h = 1), поражающая способность воздушных целей по всем объектам удара одинакова (A_j = 1); вероятность поражения j-й цели k-м средством одна и та же (P_{k j} = P_j); z_j = z для обнаруженных и z_j = 0 для необнаруженных целей. Тогда

.

Поскольку важность охраняемых объектов одинакова, можно считать, что на каждый объект попадает одинаковое число целей m = M/Q, для которых f_hj>0, а для каждой из остальных M-m целей f_{h j}= 0. Число средств, назначенных на уничтожение каждой цели z = z_j/(P₀M+pμ), где P₀ - вероятности правильного обнаружения, p – вероятность того, что на ложную цель будет назначено некоторое средство обороны.

Примем, что функция поражения h-го объекта j-й целью изменяется по закону[9]: , где к₁ – некоторый коэффициент, характеризующий боевые возможности j-й цели. Для нападающих целей (при непосредственном огневом воздействии на объект) θ_hj = 0, для остальных целей θ_hj очень велико. Примем также, что вероятность поражения j-й цели k-м средством ПВО равна , где к₂ - некоторый коэффициент, характеризующий боевые возможности соответствующего огневого средства; - точность боевой информации, поступающей от РТВ. Тогда

.

Очевидно, что затраченный ресурс зависит от затрат на содержание системы ПВО, израсходованного ресурса и потерь: W = λ(P₀M+ρμ)+C. Здесь C – затраты на эксплуатацию, λ – коэффициент, зависящий от ценности объектов обороны, P₀ – вероятность правильного обнаружения. Поэтому эффективность системы ПВО может быть представлена следующим соотношением:

. (1.3)

Здесь величины M, m задаются на основании анализа оперативно-тактической обстановки с учетом структуры и параметров радиолокационного поля (зоны обнаружения Ω) системы РТВ; ρ, λ, C определяются техническими свойствами огневых средств ПВО; P₀, μ, σ, характеризуют радиолокационную систему; z_j определяет боевые возможности (показатели качества) огневых средств ПВО: размер (запас) боекомплекта, плотность потока уничтожаемых целей, вероятность поражения; функция f_hj отражает боевые возможности авиации противника и основные параметры воздушного налета.

Варьируя в соотношении (1.3) перечисленными выше показателями качества средств воздушного нападения противника и системы ПВО, можно проводить количественную оценку эффективности последней, то есть более или менее обоснованно решать аналитическим методом многофакторную задачу стохастического характера применительно к различным вариантам удара воздушного противника и моделям построения системы ПВО.

Не сложно заметить, что радиолокационная система РТВ в этой математической модели решает информационную задачу. Выдаваемая этой системой радиолокационная (разведывательная и боевая) информация характеризуется полнотой и точностью моделирования (отражения, отображения) реально сложившейся воздушной и помеховой ситуации, которые можно заменить одним обобщенным показателем - информационной способностью. Информационная способность радиолокационной системы есть плотность потока целей, при которой они обнаруживаются и отображаются с помощью соответствующих технических средств с показателями качества, не ниже заданных.

С целью получения возможности количественной оценки выведем математическую модель радиолокационной системы РТВ. Пусть на основании информационных данных радиолокационной системы противовоздушная оборона ВВС решает L самостоятельных и независимых задач. Каждой l-й задаче припишем важность υ_l и вероятность Ρ_l. Тогда положительный эффект радиолокационной системы от решения всех L информационных задач в интересах надсистемы (системы ПВО) может быть представлен соотношением

.

Решение l-й задачи помимо радиолокационной информации требует расхода некоторого материального ресурса. Если нет информации, то решение невозможно. Нет, естественно, и расходов. Ложная информация влечет только расходы, не увеличивая положительного эффекта. Из (1.1) общий ресурс, выделенный для решения всех информационных задач, равен:

.

Тогда L₁ = L₁(χ), L_l = L_l (μ), где χ – полнота отображения обстановки, зависящая от вероятности правильного обнаружения P₀; μ – достоверность отображения, зависящая от вероятности ложной тревоги Ρ_л.

Условная вероятность P_l1 решения l-й задачи (при условии достаточности ресурса) зависит от абсолютных ошибок отображения целей, т. е. P_l1=P_l1(‹δ_j›), где δ_j=|θ_j-θ΄_j|, θ_j – истинное положение j-й цели; θ΄_j – оценочное значение положения отметки j-й цели на устройстве отображения радиолокационной информации, .

Полная вероятность P_l правильного решения l-й задачи равна P_l=P_l1(‹δ_j›)Ρ_l2(z_l), где Ρ_l2 – вероятность решения l-й задачи при ограниченном ресурсе z_l ≤ z_lд (z_lд – достаточный для решения l-й задачи ресурс).

Как и в предыдущем случае, примем, что

,

L₁=k₀P_л, χ=P₀. Здесь k₀ – коэффициент, характеризующий варианты решения задач радиолокационного обнаружения (автоматический, неавтоматический и др.); σ² – дисперсия ошибок радиолокационной информации. Тогда, считая задачи по обнаружению целей и завязке трасс равноценными по требованиям к радиолокационной информации и назначению ресурса, выражение для положительного эффекта радиолокационной системы приведем к окончательному виду:

. (1.4)

Здесь k₃, k₄ – некоторые коэффициенты, характеризующие соответственно тактико-технические возможности РЛС и общий ресурс радиолокационной системы.

Выражение (1.4) представляет собой обобщенную математическую модель радиолокационной системы РТВ, которая позволяет проводить ее количественный анализ и как относительно самостоятельной системы, и как информационной подсистемы системы ПВО. В наиболее обобщенном виде она включает (рис. 1.7): а) подсистему радиолокационного поля (РЛП), которая взаимодействует с внешней средой радиолокационной системы (с воздушной и радиоэлектронной обстановкой) с помощью радиолокационных средств трех типов: активной эхо-локации, пассивной локации источников излучения и активной локации с активным ответом (САЗО); б) информационно-управляющую подсистему.

 

ВНЕШНЯЯ СРЕДА (воздушная и радиоэлектронная обстановка)

Излучение и прием радиоволн

ПОДСИСТЕМА РЛ ПОЛЯ - активная эхо – радиолокация; - пассивная радиолокация; - система активного запроса и ответа (САЗО)

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ ПОДСИСТЕМА

Рис.1.7. Радиолокационная система РТВ

Радиолокационная информация Информация управления

 

 

Последняя выполняет функцию сбора, обработки и выдачи радиолокационной информации (РЛИ) на командные пункты огневых средств. Поскольку радиолокационные средства, создающие подсистему РЛП, включают в себя средства пассивной радиолокации и САЗО, то в общем случае наряду с РЛП следует учитывать и рассматривать поле пассивной локации и САЗО – , в пределах которых добывается дополнительная координатная РЛИ о постановщиках помех и своих самолетах, а также некоординатная РЛИ, в первую очередь государственная принадлежность воздушного объекта.

В настоящее время элементы подсистемы РЛП, как правило, работают в режиме последовательного обзора пространства и добывают первичную РЛИ в виде дискретных отсчетов координат и признаков воздушных объектов в реальном масштабе времени. Элементы информационно-управляющей подсистемы объединяют эти отсчеты в трассы, осуществляют вторичную (третичную) обработку РЛИ, управляют работой подсистемы РЛП и потоком РЛИ.

Пространственная структура радиолокационной системы (РЛ система) строится по территориально-иерархическому принципу и определяется в первую очередь сетью радиотехнических подразделений, обеспечивающих создание РЛП нужной кратности в требуемых территориальных и высотных границах. Каждое радиотехническое подразделение имеет свои РЛС и КП (объект АСУ) и способно самостоятельно выполнять боевые задачи.

По высоте радиолокационное поле РТВ строится как многоярусное с помощью РЛС маловысотного поля ( до 2000 м) и РЛС больших и средних высот (БСВ). Соответственно различают два типа радиолокационных рот. Всевысотные ячейки РЛП создаются за счет объединения группы смежных радиолокационных рот (рлр) (БСВ и нескольких маловысотных рот) в радиотехнические батальоны (ртб) – основные источники РЛИ.

Основная особенность РЛ системы в том, что она давно создана, функционирует и постоянно развивается. Поэтому применение к РЛ системе принципа системного подхода предполагает в первую очередь обоснование наиболее вероятных и рациональных путей её развития, которые предусматривают: 1) обновление парка радиолокационного вооружения (РЛВ), 2) совершенствование структуры (группировки) подразделений РТВ и 3) совершенствование внутрисистемных связей. Перечисленные направления развития тесно взаимосвязаны. Расчеты показывают, чтобы система своевременно реагировала на изменения уровня развития средств воздушного нападения противника, средства РЛВ и АСУ должны пополняться новыми образцами через каждые 3-4 года, а радиолокационная система в целом должна существенно менять свой облик через 10...15 лет.

Следовательно, постоянное целенаправленное совершенствование РЛВ есть объективно необходимое условие и основное содержание процесса развития большой радиолокационной системы РТВ ВВС. Важнейшей стороной этого процесса является преемственность, совместимость новых образцов РЛВ с существующим парком. По опыту предшествующих лет, на разработку, испытание, серийное производство новых образцов РЛВ уходит около 5...10 лет; рациональный срок эксплутационного цикла образцов РЛВ доходит до 20 и более лет. Поэтому в процессе функционирования радиолокационной системы неизбежна совместная эксплуатация разнотипных РЛС. В этих условиях как стратегия развития большой радиолокационной системы, так и стратегия подготовки военных инженеров должна учитывать сравнительно большой временной интервал (20 и более лет), в пределах которого будут совместно функционировать образцы РЛВ, значительно отличающиеся между собой как по принципам построения, боевым возможностям, так и по элементной базе.

В соответствие с вышеуказанным основными задачами системного подхода к развитию РЛВ (а также процесса их освоения) являются:

1. Обоснование классификации РЛВ, назначения, облика, тактико-технических характеристик каждого класса, количественного состава классов и взаимодействия радиоэлектронных средств (РЭС) разных классов.

2. Анализ вариантов и выбор основных технических решений для РЭС разных классов.

3. Военно-экономический анализ целесообразности разработки и внедрения конкретных образцов РЛВ по критерию «эффективность – стоимость».

4. Выявление качественно новых путей построения РЛВ, обеспечивающих интенсивное развитие радиолокационной системы.

Таким образом, переменные модели (1.4), включая z_l, z_lд , σ², P₀, P_л и др., прямо или косвенно связаны с параметрами радиолокационного поля и, в целом, с параметрами совокупной зоны обнаружения радиолокационной системы РТВ Ω. Одновременно, хотя и не в явном виде, здесь присутствуют некоторые обобщенные характеристики внешней среды и средств воздушного нападения, оказывающие существенное влияние на обобщенные параметры создаваемого радиолокационного поля. Поэтому перейдем к рассмотрению наиболее целесообразных вариантов построения радиолокационного поля РТВ как вероятностной модели некоторого пространства радиолокационной информации о воздушных объектах, которая, как некоторый прообраз радиолокационной системы, функционирует и развивается в реальных условиях внешней среды.

 

1.3. Внешняя среда радиолокационной системы РТВ

 

Физической внешней средой радиолокационной системы является приземное (воздушное) пространство, в котором находятся объекты локации (радиолокационные цели) и распространяются радиоволны, обеспечивающие локацию объектов, а также передачу информации внутри системы. Наряду с указанными «полезными» объектами внешняя среда содержит источники помехового фона: пассивно переизлучающие отражатели (неоднородности среды распространения) и источники посторонних (мешающих) излучений, а также объекты, обладающие поражающим действием на элементы радиолокационной системы - как естественного происхождения, так и создаваемые противником.

Описание внешней среды включает в себя индивидуальные характеристики объектов локации, источников помех, общее (интегральное) описание ожидаемой воздушной и помеховой обстановки и среды распространения радиоволн для отдельной РЛС (подразделений) и для группировки РТВ.

1.3.1 Радиолокационные цели и мешающие отражения

1.3.1.1 Радиолокационные цели

 

Объектами (целями) являются аэродинамические (самолёты), аэростатические (автоматические дрейфующие аэростаты (АДА), воздушные шары) и ракетные летательные аппараты (ЛА), движущиеся в атмосфере, а также надводные корабли различных классов. Основные классы объектов существенно отличаются между собой по геометрии корпуса, их радиолокационным и техническим характеристикам. Следует различать:

· самолеты стратегической авиации (СА);

· самолеты тактической и палубной (авианосной) авиации (ТА);

· стратегические крылатые ракеты (СКР) – ударные беспилотные невозвращаемые самолеты;

· авиационные и зенитные ракеты (управляемые реактивные снаряды) различных классов;

· беспилотные (или дистанционно пилотируемые) ЛА – БПЛА, ДПЛА – разведывательные или беспокоящие, возможно - летательные аппараты РЭБ;

· автоматические дрейфующие аэростаты (АДА) и воздушные шары, в перспективе, возможно, и дирижабли;

· боевые корабли в надводном положении.

При радиолокационном обнаружении и сопровождении целей размеры элементов разрешения РЛС РТВ выбирают так, что цели можно считать «точечными» объектами. Применяемый метод последовательного кругового обзора узкими по азимуту лучами с темпом приводит к малым временам облучения цели: , т.е. и во времени контакт РЛС с целью можно считать «точечным».

Основной радиолокационной характеристикой цели является эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) радиоволн, определяемая исключительно конкретной геометрией и материалами объекта поверхности. Под эффективной поверхностью рассеяния объекта понимают такую поверхность идеализированного объекта, которая равномерно рассеивает всю падающую на него энергию, создавая в точке приема, такую же плотность потока энергии, как и реальная цель.

Величина ЭПР каждой конкретной цели - меняющаяся и случайная для наблюдателя величина, зависящая от результата интерференции радиоволн, отражённых характерными неоднородностями цели - «блестящими точками». Значение зависит от ракурса цели , длины волны РЛС , количества и взаимного расположения существенных «блестящих точек» и их вкладов в суммарный эхо-сигнал. Для любой цели, летящей с параметром относительно РЛС, угол непрерывно меняется, что приводит к изменениям среднего значения от обзора к обзору (рис. 1.8).

Наряду с этим есть и более быстрые флуктуации за время облучения и даже от посылки к посылке, связанные с вращением турбин (винтов) ЛА и вибрациями элементов конструкции в полете.

 

 

 

а) б)

 

Рис. 1.8. Примерные характеристики обратного вторичного излучения

транспортного самолёта для длин волн (а) и (б).

 

При обнаружении целей на предельных дальностях используют сумму эхо-сигналов за время , поэтому основными являются данные о среднем значении и характере флюктуаций (законе их распределения). Ориентировочные данные о для основных классов СВН и диапазонов волн приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1

Эффективные поверхности рассеяния средств воздушного нападения, м²

Тип средства	Диапазон волн
Сантиметров. (3..10)	Дециметров(10..100)	Метровый(150..200)
ППС	борт	ЗПС	ППС	борт	ЗПС	ППС	борт	ЗПС
СРЭМ (УРС)	0,02.. ..0,03	0,07.. ..0,08	0,1.. ..0,2	0,03.. ..0,07	0,3.. ..0,8	0,2.. ..0,5	0,7.. ..2,5	0,8.. ..0,9	0,5.. ..1,0
АЛКМ (СКР)	0,1.. ..0,2	0,35.. ..0,4	0,2.. ..0,3	0,1.. ..1,0	0,4.. ..1,8	0,2.. ..0,4	1...2	1,8.. ..3,0	0,4.. ..4,8
В-1А (СА)	10..14			14..40	50.. ..100	35.. ..45	40...50		35..80
В-52 (СА)	75..80	63..70	120.. ..125	55..75	53.. ..63	30.. ..120	50..55	53.. ..63	27..30
FВ-111 (ТА)	8...8,5	10...11	7...7,5	≈8,5	9...11	7,5.. ..8,5	8,5...9	9...13	8,5..15
В-4,-5 (ТА)	7...10	6...7	15.. ..20	10..20	7...15	10.. ..15	14..17	15.. ..29	10..15
Крейсер	1000…15000
Подводная лодка в НП	40…100

 

Примечание: ППС - из передней полусферы цели (с носа);

ЗПС - из задней полусферы цели (с хвоста);

НП – надводное положение.

 

Эти данные относятся к случаю совпадения поляризации при излучении и приеме, что характерно для большинства РЛС РТВ. Несколько предпочтительнее горизонтальная поляризация антенн, т.к. аэродинамические цели имеют преимущественно горизонтальную ориентацию элементов конструкции. Полные описания ЭПР целей - поляризационные матрицы рассеяния - используются в интересах распознавания, что существенно усложняет структуру РЛС. При поляризационной селекции целей на фоне помех возможно несовпадение поляризации излучения и приема, вплоть до их ортогонализации, что может приводить к дополнительному уменьшению ЭПР целей на 3...7дБ. Изрезанность диаграммы(рис. 1.8) и межобзорные флюктуации эхо-сигналов - вплоть до глубоких замираний - в большей степени проявляются на более коротких дециметровых и сантиметровых волнах (ДМВ, CМВ) и с увеличением размеров и сложности формы ЛА. В РЛС сантиметрового диапазона волн получить коэффициент проводки цели внутри зоны обнаружения можно лишь за счет неоправданно большого потенциала РЛС, а в метровом диапазоне волн (МВ) непрерывная проводка ( ) легко обеспечивается.

Если зондирующий сигнал достаточно узкополосен и цель можно считать точечной, то изменением в пределах ширины спектра сигнала можно пренебречь. Однако для разных участков рабочего диапазона частот РЛС зависимость достаточно ощутима. Так, при фиксированном ракурсе значения случайной величины на разных несущих частотах можно считать независимыми, если разность частот достаточно велика:

,

где – радиальный размер ЛА, с – скорость света.

Это обстоятельство используется в многочастотных РЛС РТВ для уменьшения вредного влияния флюктуаций , но оно же снижает точность угловых измерений в РЛС с частотным качанием (ЧКЛ) луча антенны.

Вероятный противник стремится уменьшить ЭПР своих СВН. Это достигается как сопутствующий эффект при совершенствовании аэродинамической формы ЛА, уменьшении их размеров (до единиц метров для СКР и других БПЛА) и устранении элементов внешней подвески. При этом уменьшается видимое сечение ЛА, увеличивается доля «зеркального» отражения и соответственно уменьшается обратное (в сторону однопозиционной РЛС) рассеяние радиоволн: уровень зеркального отражения при положении ЛА «бортом к РЛС» может быть большим, но вероятность такого ракурса очень мала и в целом уменьшается. Указанные эффекты сильно проявляются в сантиметровом диапазоне и практически несущественны в метровом. Второй путь снижения связан с использованием специальных покрытий элементов ЛА, в первую очередь для острых кромок, либо применения специальных материалов. Поглощающие покрытия утяжеляют ЛА и увеличивают риск лучевого поражения ЛА. Поэтому предпочтение, видимо, будет отдаваться и переизлучающим покрытиям, рассчитанным на определенные участки сантиметрового диапазона волн. Комплекс мероприятий по программе «Стелт» должен обеспечивать снижение самолетов СА и ТА США в несколько раз.

При достаточно большом отношении эхо-сигнал/(шум + помеха) цель можно рассматривать в интересах распознавания не как точечный, а как сложный объект в частотной или пространственной области. В первом случае для анализа характера модуляции полезно увеличить ; во втором случае необходимо расширить спектр зондирующего сигнала для разделения «блестящих» точек цели по дальности. Возможно в принципе и разрешение «блестящих» точек в поперечной (картинной) плоскости за счет использования достаточно большой антенной системы. В любом случае распознавание (дробление «точечной» цели на отдельные элементы) связано с отказом от суммирования элементов эхо-сигнала и ведет к некоторой потере дальности по сравнению соответствующей дальностью обнаружения.

Модуляция за счет вибраций и турбинного эффекта является низкочастотной (десятки Гц...10 кГц); она проявляется у ЛА с винтовыми (пропеллерными) двигателями на всех ракурсах, у турбореактивных ЛА - на ракурсах прямой видимости турбин и вентиляторов и ракурсах «зеркального» отражения от протяженных нежестких элементов (крыло, борт). Модуляция более заметна у крупных ЛА и на более коротких волнах. «Турбинные» модуляционные частоты зависят от режима работы двигателей ЛА; более стабильна для каждого типа ЛА картина «вибрационных» частот модуляции, определяемая собственными частота колебаний элементов фюзеляжа ЛА. Хорошо отражают электромагнитную энергию зеркальные антенны бортовых РЭС. Плоские антенны самолета Е-ЗА - «АВАКС» дают мощные отражения при облучении, близком к нормальному. При работе бортовой РЛС «вспышки» с темпом 5 секунд являются признаком этого самолета, однако обнаружить их можно лишь в режиме сопровождения цели.

В целом наблюдается явная корреляция величины ЭПР s_ц и видимого геометрического сечения цели. Для имитации крупных ЛА на ЛА-«ловушках»[10] устанавливаются эффективные в широком диапазоне углов облучения отражатели, например, линза Люнеберга; признаком распознавания в этом случае может служить стабильность ЭПР. Пространственные (или трассовые) характеристики целей позволяют описывать, прогнозировать и анализировать индивидуальные трассы (маршруты) их движения.

Реальные значения высот скоростей полета , ускорений , скороподъемности, углов пикирования, радиусов разворота, максимального и боевого радиуса действий СВН определяются летно-техническими характеристиками ЛА, боевой нагрузкой, условиями безопасности полета (выживания), способами боевого применения огневых средств ПВО. Технические возможности радиолокационной системы должны соответствовать предельным значениям параметров трасс СВН, а знание статистических характеристик реальных сочетаний параметров трасс может способствовать решению проблемы радиолокационного распознавания.

Практический потолок самолетов СА и ТА достигает 15 км, самолетов-разведчиков - до 35 км, дрейфующих аэростатов - до 50 км. В настоящее время проводятся испытания нового класса целей - гиперзвуковых самолетов с высотами баллистического заброса до 100 км и более. Такие же большие высоты заброса характерны и для управляемых радиолокационных снарядов (УРС) «воздух-земля» (АСАЛМ и т.п.). Минимальная высота полета СВН определяется сложностью рельефа местности; в режиме огибания или облета препятствий достаточно безопасным считается полет на высоте , где - среднеквадратическое отклонение рельефа от сглаженного среднего, соответствующего профилю полета ЛА.

Для спокойного моря , для равнин , для холмистой местности и предгорий , для гористых районов и более. Полет СВН на малых и предельно малых высотах будет одним из основных приемов преодоления воздушным противником нашей системы ПВО и является основой концепции стратегических крылатых ракет (СКР) - самого «массового» класса СВН. Вообще, переход к БПЛА облегчает противнику широкое применение полетов на предельно малых высотах и делает для радиолокационной системы проблему маловысотного поля особенно острой. Скорости полета основных СВН - самолетов СА, ТА и СКР лежат в диапазоне . Дозвуковые скорости характерны для малых высот и экономичных (крейсерских) режимов полета (рис. 1.9). С принятием на вооружение самолетов ЕF-111, В-1В сверхзвуковой полет стал доступен как для ТА, так и для СА, а так же самолетам РЭБ.

Гиперзвуковые самолеты будут развивать скорость до на высотных участках трасс. Максимум скорости других самолетов можно оценить величиной . Скорости полета УРС, в том числе классов «земля-воздух» и «воздух-воздух», будут сверхзвуковыми ( до 1...2 км/с). Понижение (до 100 м/с) скорости полета характерно для вертолетов, легких транспортных и специальных самолетов (пример - самолет ДРЛО Е-2С – «Хокай»), легких БПЛА. Малоскоростными считаются цели с (АДА, малые БПЛА, вертолеты).

Маневренные возможности ЛА определяются располагаемыми перегрузками, т.е. прочностью конструкции и физиологическими возможностями экипажа, тяговооруженностью и аэродинамическими свойствами ЛА, высотой и скоростью полета. Маневр скоростью (ускорение, торможение) самолеты могут производить с небольшими перегрузками, в основном - на прямолинейных участках трасс, иногда - в сочетании с маневром по высоте. Скороподъемность максимальна у истребителей ТА - до 150 м/с.

Основным является маневр СВН по курсу на угол , который производится за счет разворота - полета по дуге окружности радиуса

.

Возможные строи

Сверхзвуковой полёт

Экономичные режимы полета

Полёты на малых высотах

0 500 1000 1500 2000

Н км         0,4     0,1

СКР, ТА НАД РАВНИНОЙ

Одиночные сам-ты

Рис. 1.9. Основные боевые режимы полета средств воздушного нападения

 

 

На постоянной скорости , разворот занимает время .

На рис.1.10 приведены зависимости минимальных значений для основных классов СВН на до- и околозвуковых скоростях. Здесь ПР УРС – противорадиолокационный управляемый снаряд. Видно, что СВН способны совершать резкие маневры с малыми радиусами разворота на 90...180^о за время . Это определяет требования к минимальному темпу обзора, т.е. обновления РЛИ. Практически лишены маневренности АДА, зато малые БПЛА и вертолеты могут казаться случайно блуждающими объектами.

Маневры реальных СВН будут ограничены как по их количеству, так и по интенсивности и будут производиться: а) согласно замыслу удара и б) под воздействием сил и средств ПВО. Прогнозирование развития конкретных трасс реальных целей в РЛВ РТВ можно производить с упреждением на время в предположении неизменности параметров трассы на этом интервале. Практика и расчеты показали, что в РЛ системе достаточно отслеживать текущие координаты целей , скорости и ускорения, т.е. аппроксимировать любой текущий отрезок трассы полиномом второй степени.

 

Rр км

500 1000 2500

Vц

км/ч

СА

СКР

ПР УРС

ТА

Рис. 1.10. Радиусы разворота СВН

При этом трасса цели (рис. 1.11) представляется сопряжением дуг разных радиусов и прямых ; а в точках сопряжения происходят скачки радиального ускорения. В такую модель движения ЛА может быть введен «шум» трассы, отображающий флюктуации (рыскание) реальных ЛА относительно заданной ему трассы, ошибки измерений РЛС и вклад не учитываемых производных .

Рис. 1.11. Трассы маневрирующих летательных аппаратов

RP3

RP2

RP=∞ _

RP1

Групповое (интегральное) описание возможностей воздушной обстановки производится на основе всесторонней оценки сил воздушного противника на конкретном направлении (ТВД), их группировки, возможных вариантов ведения боевых действий и нанесения ударов, с применением обычных либо ядерных средств поражения.

Очевидно, что цели будут входить в границы РЛП (30 РЛС) не одновременно. РЛ система должна обеспечить достаточно полное обслуживание случайного потока целей, проходящего через РЛП. Поток можно описать, используя:

плотность вероятности временных интервалов между событиями входа целей в РЛП;

распределение вероятности числа целей k, входящих в РЛП в течение определенного интервала ;

плотность вероятности времени нахождения цели в РЛП группировки (зона обнаружения либо зона ответственности РЛС);

оценку количества целей, одновременно находящихся в зоне.

Указанные характеристики необходимо рассчитывать для наиболее сложной воздушной обстановки - массированного удара СВН. Моделирование хода противовоздушных операций показывает, что поток целей можно считать стационарным пуассоновским:

, (1.5)

,

где m_о - плотность потока - среднее число целей, входящих в зону обнаружения, а время tнраспределено экспоненциально:

, (1.6)

- среднее время нахождения цели в зоне, площадью S_З. Поэтому выбранные в математической модели (1.4) радиолокационной системы РТВ законы распределения параметров и относятся к классу стационарных пуассоновских законов.

Плотность потока целей на фронте 600...800 км может достигать значений и более (с учетом СКР). В среднем интервал между входами целей в зону будет составлять единицы секунд в сложной обстановке и до 1 минуты в простых условиях.

При темпе обновления данных появление более 1...2 новых целей в зоне обнаружения РЛС в каждом цикле обзора маловероятно. Поскольку противник может применять прорыв ПВО на узком (60...80км) фронте, приведенные значения параметров потока целей могут относиться как к группировке РТВ, так и к отдельному радиотехническому подразделению (или РЛС).

Оценив параметры , , можно определить и оценку среднего ожидаемого количества целей в зоне .

В зависимости от наряда СВН, построения удара, скоростей полета (до- и сверхзвуковой) и площади зоны S_З, время нахождения может составить , а количество целей в зоне - от 20...30 до 100...300.

Реальные удары реального противника могут иметь сложную пространственную и временную структуру (рис. 1.12). Для решения задачи вскрытия замысла конкретного удара необходимо выделять группы целей соответственно по признакам корреляции трасс и признакам целей. Следует также учитывать, что сложность реальной воздушной обстановки будет повышаться из-за наличия в воздухе своих самолетов, применения противником имитирующих и отвлекающих целей (ВПЛА, ракет), пусков зенитных и авиационных ракет.

Вариант группы

прикрытия от ИА

Отвлекающая группа

Группа

расчист

-

ки воз

-

душно

-

го прост

-

ранства

Группа

постанов

-

ки пассив

-

ных помех

и блокиро

-

вания а

аэ

-

родромов

Группа

подав

-

ления

ЗРВ

Группа

подавле-

ния ЗА

Ударная

группа

Группа

управле-

ния

 

Рис. 1.12. Построение тактической авиации (вариант)

 

1.3.1.2. Мешающие отражения

 

Мешающие отражения возникают при возвращении радиоволн от границы раздела двух сред, не являющейся радиолокационной целью.

Эхо-сигналы от «точечных» изолированных отражателей создают имитирующие пассивные помехи, которые перегружают системы обработки РЛИ; распределение совокупности мешающих отражателей создают маскирующие пассивные помехи (МПП).

Источниками МПП для излучаемой РЛС являются:

·участки земной поверхности;

·облака гидрометеоров;

·облака искусственных металлических (металлизированных) отражателей-диполей, лент либо специальных аэрозолей;

·пылевые облака, крупные скопления птиц, насекомых, турбулентная атмосфера;

·искусственно ионизированные области (например, области ядерного взрыва).

Маскирующий эффект МПП определяется соотношением ЭПР цели s_Ц и средней ЭПР s_ПП распределенного отражателя – совокупности отражателей в элементе разрешения РЛС.

Искусственные МПП создают, сбрасывая пачки дипольных отражателей (ДО) с высот 5...10 км с темпом 0,5...2 пачки на 100 м пути, обеспечивающим м² на протяженности до сотен километров или в облаках ДО площадью от 50 до 300 км². Самолеты ТА могут нести до нескольких сотен пачек ДО, самолеты СА и РЭБ - до несколько тысяч пачек. Современные автоматы сброса ДО обеспечивают нарезание отражателей по длине в полете в соответствии с конкретной радиоэлектронной обстановкой. При комплектовании пачек принимаются меры для рассеивания ДО по высоте с целью расширения спектра флюктуаций создаваемых ими МПП. Время развития облака ДО составляет единицы-десятки минут, время существования - от 0,5 часа до нескольких часов. Раскрытие пачек ДО (разлет ДО) после сброса занимает 10...30 с, поэтому самолет – постановщик дипольных помех наблюдается вне (впереди) создаваемого им облака.

Величину естественного происхождения рассчитывают, исходя из объема (либо площади Sо) элемента разрешения и объемной (поверхностной) удельной отражающей способности источников МПП:

. (1.7)

Данные об получают в результате обширных систематических натурных измерений на специальных РЛС в разных диапазонах волн, при различных условиях погоды, рельефа и т. д.

Интенсивность МПП - отражений от гидрометеоров обычно невелика, но они обладают широким спектром флюктуаций в связи с перемещениями отражателей в турбулентной атмосфере. Доплеровская селекция на фоне таких помех неэффективна, зато можно использовать регулярность поляризации отражений от почти сферических капель дождя тумана.

Наиболее распространены и интенсивны МПП, связанные с отражением зондирующего сигнала от Земли. Воздушный противник стремится всемерно использовать их, применяя полеты на малых высотах. Значения могут достигать 10^-2 и более для суши; значительное обратное отражение ото льдов и моря .

Наиболее сильные мешающие отражения наблюдаются в горах, от многоэтажной застройки городов и торосистых льдов. Но создающие их отражатели неподвижны, поэтому спектр флюктуаций узок. Отражения от поверхности Земли, как и дипольных облаков, деполяризованы вследствие хаотичности ориентации отражателей. Удельный уровень обратного отражения, как правило, растет при укорочении длины волны.

Протяженные облака (поверхности) с большим количеством равномерно распределенных отражателей дают реализации маскирующих помех с распределением вероятности уровней близким к экспоненциальному, что соответствует релеевскому распределению амплитуд и структуре МПП, подобной тепловому шуму. Мощные мешающие отражения от гор, как правило, локализованы территориально и занимают относительно небольшую часть общего числа элементов разрешения РЛС. В ближней зоне наземных РЛС в равнинной местности наряду с областями сплошных МПП наблюдаются зоны множественных целеподобных и «точечных» отражателей от одиночных местных предметов, число которых достигает сотен. Такая «рваная» дискретная ПП обладает маскирующим действием, перегружая устройства съема и обработки РЛИ.

Одиночные или групповые целеподобные ПП создаются противником преднамеренно с помощью отдельных выбросов отражателей или запуска имитирующих ракет либо БПЛА; соответственно имитируются малоподвижные либо движущиеся объекты. Имитирующие помехи создаются также с помощью запуска по ветру легких воздушных шаров (до сотен и тысяч штук), летящих на высотах км; длины трасс могут составлять тысячи километров.

Эффективная поверхность имитирующих объектов может составлять от долей до десятков квадратных метров. Малые и малоскоростные отвлекающие объекты, если их не распознавать, серьезно воздействуют на систему ПВО. Уничтожение их проблематично, ввиду возможного очень большого количества, слабой радиолокационной и визуальной наблюдаемости и малых скоростей полета.

Селекция целей на фоне маскирующих и имитирующих помех представляет одну из основных проблем при создании и совершенствовании образцов РЛВ РТВ.

 

1.3.2. Внешние излучения и среда распространения радиоволн

1.3.2.1. Внешние излучения

 

РТВ представляют собой многопозиционную систему, но каждая РЛС работает индивидуально. Для получения РЛИ РЛС (в зависимости от реализованного в ней метода локации) используют собственное и (или) внешнее излучение. Для каждой РЛС, реализующей метод активной локации, любые посторонние излучения, воздействующие на приемный тракт, создают помехи эхо-локации; их принято называть активными помехами.

Источниками активных помех (АП) для РЛС РТВ могут быть:

·авиационные станции АП, устанавливаемые на борту постановщиков АП (ПАП) – ударных СВН или самолетов, вертолетов РЭБ, в том числе БПЛА;

·станции АП корабельного или наземного базирования;

·забрасываемые малогабаритные передатчики помех одноразового использования (ППОИ);

·свои РЭС, в том числе РЛС РТВ, излучающие в соответствующих частотных диапазонах в пределах радиовидимости;

·природные (естественные) источники ЭМ излучения, например излучение солнца для РЛС метрового диапазона волн;

·области ядерных взрывов.

По характеру воздействия на РЛС АП могут быть маскирующими (МАП) и имитирующими (ИАП). МАП с шумовой модуляцией или маскирующие шумовые помехи (МШП) являются основным видом умышленных АП, создаваемых противником с целью радиоэлектронного подавления (РЭП) РЛС РТВ и радиолокационной системы в целом. Взаимные помехи от других РЭС и источников излучений для РЛС РТВ обычно являются импульсными, т.е. имитирующими. В то же время все современные станции АП имеют возможности для импульсного излучения, т.е. создания ИАП. В ряде случаев можно ожидать определенного сочетания МШП и ИАП, обеспечивающего максимум РЭП, т.е. оптимальное использование мощности станций АП. Для создания МШП обычно используют не прямошумовую помеху, обладающую максимальным маскирующим эффектом, а частотно-модулированное шумом излучение (ЧМШ-помеха), что позволяет избежать амплитудной модуляции, снижающей среднюю мощность генераторных приборов станций АП. На приемник РЛС, имеющего ограниченную полосу пропускания, обычно воздействует лишь часть спектра ЧМШ-помехи, в результате она «нормализуется» и становится практически гауссовой, т.е. прямошумовой.

По степени концентрации спектра мощности по частоте и направленности излучения АП делятся на прицельные и заградительные. Прицельность по частоте и направлению для каждой подавляемой РЛС обеспечивает максимум эффективности РЭП, однако на практике при массированных воздушных ударах следует ожидать, в основном, заградительные помехи. На самолетах ПАП ограниченные габариты антенн не позволяют реализовать эффективную прицельность по направлению в МВ- и ДМВ- диапазонах. В СМВ диапазоне управляемые антенные решетки (АР) станций помех будут в первую очередь создаваться для решения задач РЭП огневых комплексов ПВО, что технически реализовать значительно проще из-за более коротких, чем в РЛС РТВ, длин волн излучений. Технически простые слабонаправленные антенны обеспечивают для ПАП пространственный контакт со многими радиолокационными подразделениями, РЛС которых будут работать на различных несущих частотах в пределах диапазонов волн (частот). В этих условиях становится оправданным для самолетных комплексов РЭБ групповое прикрытие заградительными по частоте помехами с большой шириной спектра излучаемых МАП: – на МВ до 50...100 МГц, – на ДМВ до 100...300 МГц, – на СМВ до 500...1000 МГц. При этом в самолетных комплексах РЭБ достигается упрощение исполнительной радиотехнической разведки (РТР), предотвращается снижение эффективности РЭП в условиях оперативной смены в РЛС несущих частот. Индивидуальное прикрытие и дуэльная РЭБ ПАП - РЛС возможны с использованием прицельных по частоте помех с шириной спектра от 2...3 до 10...15 МГц, что обеспечивает рост спектральной плотности мощности АП и гарантирует попадание помехи в приемные тракты РЛС РТВ при ограниченной точности разведки их частот. Технически возможна дальнейшая концентрация спектра МАП вплоть до сверхприцельности - точного соответствия спектра ответно-шумовой помехи спектру зондирующего сигнала РЛС даже при быстрой перестройке несущей частоты.

Скользящие по частоте МАП обеспечивают сочетание прицельного и заградительного режимов; характер этой помехи может изменяться от маскирующей до хаотической импульсной (ХИП).

Комплексы РЭП современных и перспективных самолетов СА и РЭБ обеспечивают быструю (за время менее 100мс) радиотехническую разведку РЭС ПВО и автоматическое управление передатчиками помех в диапазоне 0,15...20 (40) ГГц с суммарной мощностью излучений одного самолета до 10...20 кВт, из которых до 4...10 кВт может выделяться для подавления РЛС РТВ. Контейнерное исполнение станций помех и их внешняя подвеска (ЕА-6В) пригодны, в основном, для режима постановки АП из зон барражирования (табл.1.2). Здесь ДПЛА РЭБ – дистанционно пилотируемый летательный аппарат радиоэлектронной борьбы.

На смену контейнерному приходит внутрифюзеляжное расположение станций помех, которое дает самолету РЭБ (например, ЕF-111) возможность сопровождения ударных групп на сверхзвуковых скоростях.

Самолеты ТА имеют меньшие индивидуальные возможности постановки АП как по средней мощности (до 200...300 Вт, в перспективе - до 0,5...1,0 кВт), так и по одновременно перекрываемому диапазону частот.

Для компенсации этих ограничений противник будет применять согласованную комплектацию средствами РЭБ групп самолетов ТА непосредственно перед вылетом в соответствии с замыслом удара и ожидаемой конкретной радиоэлектронной обстановкой, в том числе по данным разведывательно-ударных комплексов (РУК) ПЛСС и космической разведки. Принцип предполетной комплектации будет применяться и для других носителей средств РЭБ. Активные комплексы РЭП РТВ создаются с целью прикрытия больших пространств (секторов), т.е. из расчета подавления РЛС не только по главным, но и по боковым лепесткам диаграмм направленности антенн (ДНА). Активные помехи могут ставиться с рубежа прямой видимости с высот 3...10км, однако более вероятна их постановка, начиная с рубежей радиолокационного обнаружения; возможно комбинированное применение противником МАП и МПП (рис.1.13).

 

Таблица 1.2

Характеристики зон барражирования самолетов и вертолетов

радиоэлектронной борьбы

№	Характеристики	Зона барражирования
самолетов РЭБ	вертолетов и ДПЛА РЭБ
	Удаление центра зоны барражирования от границы боевого порядка, км	250...400	15...35
	Высота барражирования, км	3...10	0,3...3
	Размеры зоны барражирования: длина, км ширина, км	30...60 10...15	10...12 3...4
	Количество эшелонов	1...2	1...2
	Высота между эшелонами, км	0,3...0,5	0,1...0,2

 

Помехи наиболее эффективны при удалениях ПАП от РЛС до 250 км и менее. На удалениях 50 км и менее эффективность АП может снижаться как при самоприкрытии, так и при групповом прикрытии из-за роста энергонасыщенности РЛП и улучшения разрешения объектов, а также из-за вхождения ПАП в «мертвую» воронку зоны обнаружения РЛС, и попадания РЛС в «мертвую» воронку ДНА ПАП. Степень воздействия МАП (МШП) на РЛС определяется спектрально-пространственной плотностью потока мощности помехи , создаваемого ПАП в точке стояния РЛС. Эта величина является сложной функцией двух угловых координат , частоты f и времени t. Она может быть рассчитана, если известны расположение ПАП и параметры их излучений. Степень подавления радиолокационного канала определяется суммарным помеховым фоном.

Ввиду статистической независимости и гауссовости МПШ можно использовать суммирование спектральных плотностей мощности помех от разных ПАП с весами, соответствующими уровням приема ДНА РЛС в направлениях на ПАП. При расчетах обычно пользуются усредненными значениями параметров помех и ДНА ПАП, а также средними значениями уровней бокового приема ДНА РЛС (рис. 1.14).

В качестве типовых расчетных параметров ПАП можно принимать дальность Д=200 км и высоту Н=10 км; для этих расчетных значений обычно определяют суммарную спектральную плотность мощности излучения «эквивалентного» ПАП, которым при упрощенных расчетах заменяют совокупность всех ПАП, воздействующих по боковым лепесткам ДНА.

Полет в режиме

радиомолчания;

начало пуска

ложных целей.

Развед. прием

-

ники вкл. для обна

-

ружен. работа

-

ющих РЭС ПВО

Включение

средств актив

-

ных помех

самолетами,

действующими на

малых высотах.

Полет в сопров.

ложных целей. Вкл.

средств активн.

помех (после приема

излуч. РЭС РТВ); нач.

сброса ДО для

перевода РЭС в реж.

СДЦ; возмож. поста

-

новка завес ДО для

маскир. состава и

постр. удар; начало

сниж. самол., предн.

для действ. на малых

высотах.

Рубеж пассивного обнаружения на Н = 12-20 км

Рубеж радиолокац. обнаружения на Н = 12-20 км.

Рубеж радиолокац. обнаружения на Н = 50-300 м.

Рис.1.13. Применение активных и пассивных помех для подавления РЭС РТВ

В сложной воздушной и помеховой обстановке возможны значения ; в глубине территории страны ожидается уровень помех в 3...5 раз (5...7дБ) ниже. Для боевой работы РЛС очень важно знание конкретного распределения , что позволяет при обнаружении целей и измерении и координат использовать:

·неравномерность частотного спектра помех и изменение интенсивности;

·направленное ослабление АП в РЛС.

С этой целью ослабления эффективности воздействия АП РЛС оснащаются соответствующими средствами разведки, автоматического управления режимами и адаптивного ослабления помех.

Излучения ПАП, как правило, имеет регулярную поляризацию, круговую либо наклонную, однако совокупность передатчиков может создавать хаотическую поляризацию радиоволн. Забрасываемые ППОИ дешевы, имеют малый вес и габариты, систему автонастройки в ограниченном частотном диапазоне, малую среднюю мощность излучения (до единиц ватт). Автономные источники питания обеспечивают работу в течение 0,5...2 часов, т.е. непосредственно на время преодоления ПВО строями СВН. Они предназначаются для индивидуального подавления РЛС с небольших дальностей (до 5...10км) в режиме парашютирования и с поверхности Земли и могут представлять для радиолокационной системы серьезную опасность ввиду возможного большого их числа, высокой , трудностей определения их местонахождения, поиска и уничтожения.

 

Уровень дальних боковых лепестков

Θ

F(Θ)

Уровень ближних боковых лепестков

 

Рис. 1.14. Диаграмма направленности антенны и её аппроксимации.

Взаимные помехи от своих РЭС при наземном базировании на равнинной поверхности сводят к допустимому минимуму за счет выполнения норм частотно-территориального разноса (ЧТР), использования мер помехозащиты РЛС РТВ и других мер по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) РЭС при их разработке и эксплуатации. Определенные трудности могут возникать в связи с размещением РЭС, например, телевизионных и связных передатчиков, на вышках, самолетах, вертолетах, аэростатах, а также на господствующих высотах в гористой местности. Телевизионные помехи действуют в основном в метровом и дециметровом диапазоне, их ослабляют специальными каналами помехозащиты. В горах и предгорьях возможна специфическая активно-пассивная маскирующая взаимная помеха РЛС, работающих в одном диапазоне, за счет приема мощных переотражений от горных массивов зондирующих сигналов соседней РЛС. Электромагнитное излучение атмосферных (грозовых) разрядов и областей ядерных взрывов кратковременный электромагнитный импульс (ЭМИ) для РЛВ РТВ важно не как помеховое, а как поражающее воздействие. В МВ-диапазоне ощутимую шумовую помеху создает излучение Солнца, что может снижать дальность радиолокационного обнаружения на 5...10% в секторе 40^о...60^о. Это излучение можно использовать для контроля ДНА РЛС метрового диапазона на позициях.

 

1.3.2.2. Среда распространения радиоволн

 

Основными эффектами среды распространения, которые следует учитывать в наземных РЛС РТВ, являются: непрямолинейность распространения (искривление) лучей радиоволн в вертикальной плоскости; экранирующий эффект поверхности «сферической» Земли и ее неоднородностей (элементы рельефа, сооружения, растительность); переотражение (рассеяние) радиоволн земной поверхностью; затухание радиоволн в атмосфере.

Искривление (рефракция) лучей определяется градиентом коэффициента преломления атмосферы п. При нормальной положительной рефракции и луч «прижимается» к Земле, за счет чего несколько увеличивается дальность прямой видимости . Это, несомненно, полезно для радиолокационной системы, но вызывает систематические ошибки измерения угла места целей и, следовательно, высоты цели Нц(рис. 1.15).

Рис. 1.15. Искривление луча

Мнимое положение цели

НМЦ

Цель

НЦ

grad n<0

РЛС

RЗ

 

 

Необходимые поправки при расчете дальности прямой видимости и Нцвводятся за счет использования так называемого эквивалентного радиуса Земли R_ЗЭ, что приводит как бы к «спрямлению» лучей (рис.1.16). Обычно пользуются значением , соответствующим усредненной типовой («стандартной») атмосфере (для ).

При отклонении от указанного номинала необходимо изменять расчетное значение R_ЗЭ, однако на практике подразделения РТВ не располагают необходимой информацией о высотных профилях температуры и влажности атмосферы. Косвенные данные о реальной рефракции на конкретной позиции можно получить по виду радиолокационной карты местности, т.е. энергетического «рельефа» наблюдаемых отражений.

Н МЦ= НЦ

grad n = -4·10-8 1/м

РЛС

RЗ

Рис. 1.16. «Спрямление» луча при нормальной рефракции

RзЭ=

 

При рефракция становится критической (рис. 1.17), луч огибает сферическую Землю; при наблюдается сверхкритическая рефракция, что резко увеличивает дальность обнаружения маловысотных целей. Такая ситуация связана с инверсией температуры по высоте и является типичной для морских (озерных) секторов 30 прибрежных РЛС.

grad n=0

РЛС

Rз

Рис. 1.17. Типы рефракции радиоволн в атмосфере

Субрефракция (grad n>0)

Стандартная рефракция grad n = -4·10-8 1/м

Сверхрефракция

Критическая рефракция

 

 

Концентрация электромагнитной энергии в приземном слое атмосферы приводит к соответствующему ухудшению радиолокационной наблюдаемости в более высоких слоях атмосферы. Экранирующий эффект «гладкой» Земли (рис. 1.18) приводит к ограничению дальности прямой видимости «антенна РЛС – цель»:

. (1.8)

Знак равенства в выражении (1.8) соответствует «оптической», т.е. предельной наблюдаемости очень узким лучом; в диапазонах волн РЛС РТВ всегда ощущается переотражение радиоволн поверхностью Земли, которое обычно приводит к дальностям РЛ обнаружения , меньшим .

 

Цель

НЦ

ha

RЗЭ

Рис. 1.18. К расчету дальности прямой видимости

Дальность прямой видимости

Дальности радиогоризонта

РЛС

Коэффициент использования радиогоризонта для маловысотных целей может составлять от 0,6 до 0,95 в зависимости от диапазона волн и энергетического потенциала РЛС. Дальность прямой видимости может существенно сокращаться в реальных условиях «негладкой» Земли; для маловысотного РЛП существенными могут быть даже небольшие дополнительные углы закрытия (10'...20'), создаваемые элементами рельефа, зданиями, лесом.Переотражение радиоволн от поверхности Земли оказывает заметное воздействие на нижнюю кромку З0 РЛС РТВ и РЛП в целом. В метровом диапазоне волн влияние переотражений проявляется во всем рабочем диапазоне углов места РЛС. Факторы затенения и переотражения необходимо учитывать при измерениях угла места (высоты) целей и выборе позиций РЛС РТВ.

В подавляющем большинстве рельефных ситуаций эти факторы являются для радиолокационной системы РТВ мешающими. Отражательные характеристики поверхности Земли не позволяют «прижать» к ней радиолокационное поле, например, за счет использования вертикальной поляризации радиоволн, как правило, происходит «отжатие».

Затухание радиоволн на приземных трассах в диапазонах волн РЛС РТВ невелико и ощутимо, в основном, при в особых погодных условиях (протяженные облака гидрометеоров, грозовая облачность, осадки). Потери на трассах протяженностью 200...400 км могут достигать 2...4дБ.

Радиолокационное поле РТВ пока не охватывает ионосферы. Искусственно ионизированные области ядерных взрывов будут, по-видимому, оказывать кратковременное влияние на работу РЛС в диапазоне МВ.

 

1.3.3. Поражающие факторы внешней среды

 

Огневое поражение РЭС является по взглядам вероятного противника важнейшей составной частью радиоэлектронной войны (борьбы). С этой целью могут использоваться удары авиации, в том числе специально выделенных групп самолетов с применением авиационных бомб и управляемых ракет. Особую опасность для РЛС РТВ представляют специальные противорадиолокационные ракеты и снаряды (ПРР, ПРС), запускаемые с дальностей от 15...20 км до 60...100 км и обладающие высокой скоростью полета (1...2) М[11] и высокой точностью попадания, обеспечиваемой пассивными радиолокационными головками самонаведения на излучения РЭС. Самонаведение ПРР, бомб и других средств поражения может также осуществляться с помощью телевизионных, лазерных, инфракрасных средств. Возможно наведение с помощью высокочастотных навигационных комплексов, например, «Навстар», на основе предварительной высокочастотной разведки местонахождения РЭС, как это предусматривается в разведывательно-ударном комплексе ПЛСС. Величину промаха ПРР стремятся снизить до единиц метров, что обеспечивает поражение РЭС обычными зарядами. Применение зарядов объемного взрыва существенно повышает опасность ПРР и других средств огневого поражения.

Пуск противорадиолокационных ракет, снарядов, бомб осуществляется со специально оборудованных самолетов-носителей. Пуск ПРР обнаруживается РЛС как разделение цели, но подлетное время ПРР мало (десятки секунд), к тому же конечный участок траектории может быть баллистическим и попадать в «мертвую» воронку атакуемой РЛС.

Поперечный размер антенны ПРР невелик - до 30 см, а угловая избирательность системы наведения ограниченна, особенно в метровом диапазоне волн, где излучает не только антенна РЛС, но и окружающая местность. При прекращении излучения РЛС после пуска ПРР в его системе самонаведения применяют запоминание координат РЛС.

Поражение РЭС РТВ ядерным оружием, как правило, будет сопутствующим при нанесении противником ядерных ударов по другим объектам. Помимо воздействия ударной волны, светового и проникающего излучений, необходимо учитывать специфическое воздействие на радиоэлектронную аппаратуру электромагнитного импульса (ЭМИ), наводимого ядерным взрывом на больших удалениях. ЭМИ может выводить из строя современные большие интегральные схемы. Защита от ЭМИ представляет серьезную техническую проблему при разработке РЭС РТВ и эксплуатации их в войсках.

Устойчивость РЛ системы по отношению к огневому поражению достигается:

· маскировкой и укрытием РЭС;

· оборудованием запасных и ложных позиций;

· созданием скрытых и резервных полей и каналов связи;

· своевременным обнаружением и уничтожением самолетов - разведчиков и носителей противорадиолокационного оружия;

· мобильностью РЛС и маневром подразделений;

· использованием отвлекающих и имитирующих излучений;

· способностью РЭС к обнаружению пусков ПРР и оперативному применению технических средств и режимов защиты;

· конструированием РЭС с учетом минимума ущерба от поражения излучающих антенн, созданием запаса поражаемых элементов для их быстрой замены.

К поражающим факторам естественного происхождения относятся аномально высокие и низкие температуры, относительная влажность воздуха, прямое и косвенное воздействие атмосферных осадков, ветра, аэрозолей, химически агрессивных примесей атмосферы, солнечной радиации, насекомых, грызунов и микрофлоры, а также обвалов, оползней и т.д.

Наиболее очевидна опасность разрушения антенных систем РЛС, средств связи, кабин, укрытий вследствие обледенения, снежных заносов и ветровой нагрузки. Обычно принимается расчетная скорость ветра до 50 м/с, что ведет к значительному утяжелению антенно-поворотных устройств РЛС РТВ и мощности привода вращения.

В условиях высоких температур (+45...+50⁰С) повышается вероятность отказов РЭС из-за перегрева, низкие температуры могут вызвать существенное увеличение времени включения РЭС или большой расход энергии (топлива) и ресурса РЭС на поддержание ее в боеготовом состоянии. В целом воздействие внешних факторов естественного происхождения, даже не будучи катастрофическим, приводит во многих районах РФ к заметному снижению надежности радиолокационной техники, сокращает срок службы РЭС и существенно усложняет их эксплуатацию. Так, знакопеременная ветровая нагрузка вызывает ускоренный износ механизмов привода вращения РЛС; вследствие деформации и вибраций антенн могут ухудшаться точности измерения угловых координат целей и степень защищенности от пассивных помех.

 

1.4. Система радиолокационных средств РТВ

 

В подразделе 1.1 были рассмотрены элементы, структура (связи) и основные функции радиолокационной системы как сложной системы. Основными элементами радиолокационной системы является подсистема радиолокационного поля, внешняя среда и информационно-управляющая подсистема. Главной функцией данной системы является информационная функция. Основным элементом подсистемы радиолокационного поля является система более низкого порядка, представляющая собой систему радиолокационных средств активной эхо-радиолокации, элементами которой являются развернутые на местности РЛС. Следовательно, чтобы предъявить требования к системе радиолокационных средств активной эхо-локации необходимо рассмотреть: каким образом предъявляемые в соответствии с боевыми возможностями СВН противника требования к РЛС согласуются с принципами радиолокации, а также каковы технические ограничения и их роль в построении радиолокационных средств, если эти требования вступают в противоречия с основными принципами радиолокации или возможностями по их технической реализации.

 

1.4.1. Роль принципов радиолокации и технических ограничений

в построении радиолокационных средств радиотехнических войск

 

1.4.1.1. Основные принципы радиолокации и их роль

в построении системы радиолокационных средств РТВ

 

Принцип (лат. - начало, основа) - общее положение, сформулированное на основе той или иной формы бытия или закономерности и содержащий в себе требования к субъекту, ориентирующие его в какой-либо сфере деятельности.

Связь видового понятия «принцип радиолокации», знание которого необходимо при изучении данного курса, с родовым «принцип» можно проиллюстрировать следующей логической цепочкой: принцип - принцип науки - принцип технической науки - принцип радиотехники - принцип радиолокации.

Принцип радиолокации - общее теоретическое положение радиолокации нормативного характера, сформулированное на основе закономерностей радиолокации и содержащее в себе обобщенные требования, некоторую систему правил, которые ориентируют субъекта в его технической деятельности по проектированию, разработке, производству и эксплуатации радиолокационных средств.

Можно выделить следующие принципы радиолокации:

1. Принцип диффузного отражения электромагнитных (ЭМ) волн от неоднородностей в среде распространения.

2. Принцип постоянства скорости распространения ЭМ волн в однородной среде.

3. Принцип прямолинейности рассмотрения ЭМ волн в однородной среде.

4. Принцип направленности излучения электромагнитной энергии в направлении на объект радиолокации.

5. Принцип связи технических характеристик и параметров РЛС с параметрами внешней среды и характеристиками целей.

Первый принцип отражает безусловную возможность обнаружения неоднородностей (целей) в пространстве.

Второй принцип отражает принципиальную возможность измерения дальности до объекта по измерению времени запаздывания - t₃ сигнала, отраженного от цели (эхо – сигнал) относительно зондирующего сигнала РЛС: .

Третий и четвертый принципы отражают принципиальную возможности измерения направления на объект (угловых координат объекта).

Четвертый принцип отражает тот факт, что отмеченные выше возможности обнаружения и измерения координат объектов радиолокационным методом в значительной степени связаны с особенностями самих объектов, их пространственным расположением, а также зависит от параметров внешней среды. Если первых четыре положения подчеркивают принципиальную реализуемость радиолокационного метода, то пятый принцип подчеркивает, что техническая реализация метода сопровождается борьбой противоположных (противоречащих) требований и представляет собой результат постоянных всесторонних компромиссов между необходимыми параметрами РЛС (зависят от СВН противника и тактики их применения) и их возможным воплощением, которое зависит от условий научно-технических разработок проблемы, финансово-экономических и технико-технологических возможностей страны.

Аналитически эта связь выражается формулой радиолокации. Эта формула позволяет установить и оценить:

1. Взаимосвязь параметров РЛС с параметрами воздушных объектов и внешней средой.

2. Предъявить обоснованные требования к основным тактическим и техническим параметрам РЛС.

3. Определить возможные технические ограничения и оценить степень их влияния на боевые возможности и технические параметры РЛС.

 

1.4.1.2. Технические ограничения и их роль в построении

систем радиолокационных средств радиотехнических войск

 

Поскольку основной функцией системы радиолокационных средств РТВ является функция информационная, то остановимся на характеристике зоны обнаружения РЛС как основного элемента радиолокационной системы.

Учитывая условие уверенного обнаружения эхо-сигнала на фоне внутреннего шума приемного устройства и остатков компенсации внешних помех , запишем уравнение радиолокации как функцию координат e, b:

, (1.9)

где – дальность действия РЛС в направлении цели с угловыми координатами b и e;

- максимальная дальность действия РЛС в зоне обнаружения;

– нормированная дальность действия РЛС ;

– энергия, излучаемая антенной РЛС в направлении цели с угловыми координатами b и e;

– коэффициент усиления излучающей (передающей) антенны РЛС;

– эффективная площадь приемной антенны в направлении цели с угловыми координатами b и e;

– максимальное значение эффективной площади приемной антенны;

– нормированная эффективная площадь приемной антенны ;

– среднее значение эффективной поверхности рассеивания цели;

– коэффициент различимости (отношение сигнал/(шум + помеха) на входе приемника, при котором обеспечиваются заданные показатели качества обнаружения); ;

– коэффициент потерь в реальном тракте обработки эхо-сигналов, ;

– пороговое значение параметра обнаружения (отношение сигнал/(шум + помеха) на входе устройства сравнения с порогом обнаружения, при котором обеспечивается заданное качество обнаружения), ;

^{-энергия принятого сигнала;}

, - соответственно спектральные плотности собственных шумов приемника и остатков компенсации помех, пересчитанные на вход детектора.

Преобразуем уравнение (1.9) к требуемому виду.

Из теории антенн известно, что коэффициент усиления антенны в соответствии с его определением может быть представлен в виде:

, (1.10)

где - телесный угол диаграммы направленности антенны в направлении на цель с угловыми координатами b, e.

Подставляя соотношение (1.10) в уравнение (1.9), получаем:

. (1.11)

В уравнении (1.11) отношение (1.12)

представляет собой энергию, излучаемую радиолокатором в единицу телесного угла зоны обнаружения.

Интегрируя отношение (1.12) в пределах телесного угла зоны обнаружения W_З, получаем суммарную энергию Э_З, излучаемую РЛС в зону за время однократного обзора:

, (1.13)

где – элементарный телесный угол.

Понятие «телесный угол» вводится по аналогии с понятием «угол на плоскости». Телесным углом называютчасть пространства, заключенную внутри одной полости некоторой конической поверхности с замкнутой направляющей. Также как величина угла между двумя прямыми измеряется дугой окружности, телесный угол измеряется куском поверхности шара. А именно, из вершины О телесного угла проводят любым радиусом ОВ=ОС=ОА=ОG (рис. 1.19) шаровую поверхность. На этой поверхности поверхность телесного угла вырежет некоторую часть АВСG. Площадь этой части будет меняться в зависимости от величины радиуса шара, но всегда будет составлять одну и ту же долю площади всей поверхности шара.

Из геометрии известно, что угол на плоскости определяется соотношением

, (1.14)

где l - длина дуги, вырезаемая углом j на окружности с радиусом r.

Рис. 1.19. К определению телесного угла

 

 

По аналогии с выражением (1.14)

, (1.15)

где S - площадь участка поверхности сферы с радиусом r, вырезаемого телесным углом W.

В соответствии с определением телесного угла, элементарный телесный угол, входящий в (1.13), можно определить как

, (1.16)

где dS - площадь элементарной площадки на поверхности сферы с радиусом, равным r.

Из рис. 1.19 можно определить значение dS:

. (1.17)

В соотношении (1.17) учтено, что угол db опирается на дугу АВ, угол de опирается на дугу ВС, а угол e - на дугу АД (или ВЕ).

С учетом (1.16) и (1.17) имеем:

. (1.18)

Тогда

 

,

следовательно:

(1.19)

Соотношение (1.19) определяет максимальную дальность обнаружения РЛС при произвольном способе обзора пространства и произвольной форме зоны обнаружения.

Из (1.19) следует, что: максимальная дальность РЛС при заданных Э_З и зависит от:

а) формы зоны обзора ( – в сферической системе координат определяет граничную поверхность зоны обнаружения);

б) способа просмотра зоны обзора приемной антенной ( определяет способ обзора зоны).

Кроме того, важно выделить зависимость Э_З от других характеристик РЛС в процессе обзора:

.

Учитывая, что число импульсов в пачке (число импульсов, отраженных от цели за время облучения) , получаем:

. (1.20)

Здесь t_обл(β,ε) – время облучения цели, Т_П – период повторения зондирующих импульсов. Анализируя (1.20) можно сделать вывод, что перераспределение энергии, излучаемой в зону обнаружения, возможно:

а) изменением средней мощности в процессе обзора;

б) изменением времени облучения цели;

в) выбором формы ДН передающей антенны.

Анализ выражения (1.19) и (1.20) позволяет не только определить факторы, характеризующие зону обнаружения РЛС (это было сделано выше), но и определить вид соответствующего технического ограничения, а также его целесообразность.

 

1.4.2. Классификация РЛС РТВ

 

Удовлетворительно разрешить противоречия выбора основных параметров и конструктивных решений с целью обеспечения больших дальностей и высот обнаружения, хороших точностей измерения координат, разрешающих способностей и возможностей обнаружения маловысотных целей (МВЦ) в одной конструкции РЛС РТВ не удаётся. По этой причине парк РЛС РТВ должен содержать, как минимум, два класса:

1) РЛС с антеннами больших размеров и мощными передатчиками, но с вынужденно ограниченными высотами подъема ;

2) РЛС маловысотного поля со сравнительно небольшими и легкими антеннами, что обеспечивает размещение их на вышках (мачтах) при .

Первый класс содержит РЛС повышенной дальности действия, обеспечивающие создание основного РЛП на больших и средних высотах. У второго класса РЛС зоны обнаружения могут быть значительно меньше как по дальности, так и по углу места, чем у РЛС первого класса (рис.1.20).

 

II класс (МВ)

I класс (БР)

Рис. 1.20. Соотношение зон обнаружения различных классов радиолокационных станций

 

 

РЛС первого класса являются основными источниками РЛИ. Они обеспечивают радиолокационную разведку воздушного противника на максимальных дальностях и добывание наиболее точной боевой информации, чему способствуют большие размеры антенн и, следовательно, узкие лучи ДНА, а также высокие отношения сигнал/помеха в трактах приема. Эти РЛС целесообразно оснащать всем комплексом средств помехозащиты и высокопроизводительными средствами обработки и передачи РЛИ. К настоящему времени наиболее устоявшимися являются два названия 1-го класса:

1) «РЛС обнаружения, наведения и целеуказания» (ОНЦУ), что отражает полноту выполнения задач;

2) «РЛС боевого режима» (БР), что отражает обобщенный функциональный признак.

В РЛС первого класса используют, главным образом, короткие дециметровые волны , что обеспечивает удовлетворительный выбор значений а также генерацию и канализацию необходимой средней мощности излучения на СВЧ. РЛС второго класса – «маловысотного поля» (МВП) или «маловысотные» (МВ) - по назначению, перечню и качеству выполнения задач не отличаются от РЛС 1-го класса и также являются, по существу, РЛС ОНЦУ БР, но с меньшей пространственной зоной ответственности, что позволяет достичь необходимого качества боевой и разведывательной информации при существенно меньших весах, габаритах и стоимости аппаратуры. Способность к подъему антенн на десятки метров в отдельных типах РЛС маловысотного поля может отсутствовать, но обязательны высокая защищенность от пассивных помех (отражений от фона Земли), мобильность и существенно меньшие, чем у РЛС 1-го класса, стоимость производства и сложность эксплуатации.

В силу ограниченных зон видимости МВЦ класс РЛС маловысотного поля является многочисленным по общему количеству образцов. Очень важна унификация РЛС этого класса с соответствующими РЛС радиотехнических подразделений и частей Сухопутных войск.

РЛС маловысотного поля выполняют либо с длиной волны (трёхкоординатные РЛС), либо в дециметровом диапазоне волн (РЛ дальномеры с легкими антеннами для подъема на мачтах).

РЛС РТВ боевого режима и РЛС маловысотного поля предназначены главным образом для решения боевых задач военного времени; они имеют высокую стоимость при ограниченном ресурсе до ремонта (примерно 10...12 тыс. часов). Систематическое расходование этого ресурса на боевом дежурстве в мирное время экономически нецелесообразно. По этой причине оправдано существование 3-го класса РТВ - «РЛС дежурного режима» (ДР), которые технически проще, значительно дешевле, чем соответствующие РЛС 1-го и 2-го классов. РЛС ДР должны обеспечивать, в основном, добывание разведывательной информации, дальнее обнаружение и предупреждение о воздушном противнике, контроль и обеспечение полетов своей авиации. У РЛС ДР допустимы несколько сниженные тактико-технические характеристики по точности измерения координат и разрешению целей, помехозащищенности.

РЛС ДР могут выполняться во всех диапазонах волн, используемых в РТВ. Особое значение имеет использование метровых волн. Выбор диапазона длин волн РЛС ДР будет рассмотрен ниже. Кроме трех основных классов РЛС, в интересах РТВ ВВС создаются РЛС специального назначения, которые условно можно объединить в 4-й класс. К ним относятся:

· РЛС программного обзора, обеспечивающие «силовую» борьбу с ПАП, раскрытие состава целей и, возможно, классов (типов) ЛА; эти РЛС должны использовать очень узкие лучи ДНА, разнообразные, в том числе широкополосные и сверхширокополосные, зондирующие сигналы, электронное скандирование лучом ФАР и выполнять задачи по целеуказанию (ввиду ограниченных поисковых возможностей);

· РЛС для горных позиций, обладающие повышенной защищенностью от пассивных помех, устойчивостью к жестким метеоусловиям, способностью работать в разреженной атмосфере, при дистанционном управлении и контроле состояния;

· РЛС для удаленных и малонаселенных районов тундры для автономной работы без боевых расчетов;

· радиолокационные станции САЗО для управления полетами и наведения авиации ВВС;

· РЛС маловысотного поля на специальных носителях - привязанных аэростатах.

Мощными источниками РЛИ в едином РЛП служат самолетные (вертолетные) РЛС и комплексы.

Специальные РЛС могут работать в различных диапазонах волн и с использованием технических решений, отличных от основных классов РЛС РТВ. Их общей особенностью является то, что они дополняют основной парк РЛС РТВ в соответствии с особыми задачами и условиями и самостоятельно основой РЛП служить не могут.

Подсистемы радиолокационных средств пассивной локации и САЗО строятся как дополнение основным радиолокационных средствам активной эхо-локации путем введения в РЛС пеленгационных каналов для ПАП, сопряжения, встраивания в РЛС наземных радиолокационных запросчиков системы опознавания государственной принадлежности и обеспечения прохождения и обработки дополнительной РЛИ от этих источников в АСУ РТВ.

Цель классификации состоит в разделении множества РЛС на группы (классы), обладающие общими признаками, несмотря на многообразие их конструктивных, технических решений. Это дает возможность анализировать особенности построения РЛС с позиций системотехники.

Выбранные для классификации признаки должны отражать наиболее существенные черты РЛС. Число их не должно быть слишком большим, чтобы классификация не потеряла смысл, и не слишком малым, чтобы не обеднять полноту характеристики РЛС. Наиболее полную характеристику РЛС дает классификация, в основу которой положены как технические, так и тактические признаки (рис.1.21).

К тактическим признакам относятся:

· целевое назначение РЛС;

· степень мобильности;

· количество измеряемых координат и др.

Наиболее существенными техническими признаками являются:

· метод радиолокации, используемый в РЛС;

· метод дальнометрии или вид зондирующих сигналов;

· диапазон рабочих волн (частот);

· число независимых радиолокационных каналов.

Как видно из изложенного, целевое назначение РЛС - один из основных тактических признаков, зачастую определяющий не только их тактические, но и технические характеристики. Деление РЛС по другим тактическим признакам (см. рис.1.21) в дополнительных пояснениях не нуждается.

Характеризуя классификацию РЛС по техническим признакам (рис. 1.22), остановимся лишь на последних двух, поскольку деление РЛС по диапазону волн пояснений не требует.

 

РЛС РТВ ВВС

РЛС боевого режима

РЛС дежурного режима

РЛС маловысотного поля

РЛС специального назначения

РЛС трехкоординатные

РЛС двухкоординатные

РЛС однокоординатные

Стационарные РЛС

Перевозимые РЛС

Подвижные РЛС

 

Рис. 1.21. Классификация радиолокационных станций РТВ

по тактическим признакам

Главными достоинствами импульсных РЛС являются простота измерения дальности по цели, а также возможность использования одной антенны для излучения зондирующих и приема отраженных сигналов. К недостаткам относится необходимость применения передатчиков с большими импульсными мощностями и сложность измерения скорости цели, особенно с высокой точностью. РЛС с непрерывным излучением обеспечивают селекцию целей по скорости и однозначно измеряют скорость в широком диапазоне ее возможных изменений, работают при относительно малой мощности излучения. К недостаткам РЛС с непрерывным излучением следует отнести сложность развязки приемного и передающего трактов, сложность выходных устройств, особенно при необходимости наблюдения за многими целями по нескольким параметрам. По виду зондирующих сигналов импульсные РЛС делят на:

·некогерентные;

·когерентно-импульсные: а) без внутри импульсной модуляцией (узкополосные); б) с внутриимпульсной модуляцией: частотной или фазовой (широкополосные).

В РЛС с непрерывным излучением могут использоваться: немодулированные незатухающие колебания; частотно-модулированные колебания; непрерывные шумоподобные сигналы.

 

РЛС РТВ ВВС

Метровый диапазон

Пассивные

сантиметровый диапазон

Активные

Дециметровый диапазон

По числу каналов

По виду излучаемого сигнала

С простым сигналом

Со сложным сигналом

С ФКМ сигналом

С ЛЧМ сигналом

С комбинированным сигналом

 

 

Рис.1.22. Классификация радиолокационных станций РТВ

по техническим признакам

 

В зависимости от числа радиолокационных каналов РЛС подразделяют на одноканальные и многоканальные. Последние, в свою очередь, могут быть частотно-многоканальными, пространственно-многоканальными и пространственно-частотно-многоканальными. В частотно-многоканальных РЛС используется несколько приемопередатчиков, работающих на разных частотах, но в пределах одной и той же диаграммы направленности антенны. Цель облучается одновременно на нескольких частотах, а выходные сигналы каналов обрабатываются совместно. В пространственно-многоканальных РЛС антенна имеет парциальную диаграмму направленности.

По методу дальнометрии РЛС могут быть разделены на две большие группы:

- РЛС с импульсным излучением;

- РЛС с непрерывным излучением.

Сигналы излучаются и принимаются на одной частоте. При этом передатчик может быть общим для всех парциальных каналов. Число приемных каналов должно соответствовать количеству парциальных лепестков. В пространственно-частотно-многоканальных РЛС в пределах каждого парциального лепестка сигналы излучаются и принимаются на своей частоте.Достоинством многоканальных РЛС является повышенная помехозащищенность и повышенная дальность действия, которая обеспечивается увеличением суммарной излучаемой мощности при допустимых значениях пиковой мощности в каждом из каналов. К недостаткам относится большая сложность (прежде всего, антенных систем) и малая мобильность.

 

Вопросы для самостоятельной работы и самоконтроля знаний

2. В чем заключается сущность системного подхода к построению информационной системы РТВ? 3. В чем заключается сущность рефлексивной симметрии военно-технической… 4. Чем объяснить, что радиолокационная система РТВ является сложной системой с рефлексией?

Принцип соответствия параметров радиолокационного поля

Возможностям средств воздушного нападения противника

, (2.1) а для ИА (рис.2.1. б) , (2.2)

Принцип системности построения радиолокационного поля

      а) б) Рис 2.3 Схема взаимного расположения радиотехнических подразделений при … Сеть подразделений, формирующих верхний ярус поля (на БСВ) целесообразно…

Принцип количественной и качественной достаточности.

На параметры РЛИ и надежность решения задач РТВ существенное влияние оказывает форма и размеры зон обнаружения РЛС (зон информации подразделений),… Форму зоны обнаружения (30) РЛС принято характеризовать графиком или таблицей… (2.3)

Принцип соответствия РЛП критерию эффективность-стоимость.

Наиболее высокие требования к точности РЛИ предъявляет ИА. Радиолокационная информация должна обеспечить вывод перехватчика в положение, из которого… Данный критерий предполагает вложение средств в построение поля активной…  

Формирование зоны обнаружения в дальномерах.

Как отмечалось ранее, зона обнаружения дальномера в вертикальной плоскости включает изодальностный участок и изовысотный. Рассмотрим специфику их формирования более подробно.

Изодальностный участок зоны обнаружения.

при . Здесь - угловой размер зоны обзора в азимутальной плоскости. Поэтому… .

Изовысотный участок зоны обнаружения.

при . (2.12) Рассмотрим два способа формирования зоны. 1. В процессе обзора зоны антенный луч приемной антенны не изменяет своей ширины, т.е. в пределах угловых размеров…

Принципы измерения угла места в РЛС метрового диапазона

Расстояние между строками равно . В зависимости от угла места цели ε отраженный сигнал в каждой строке будет отличаться фазой. Набег фазы от… , где l - длина волны зондирующего сигнала.

Принципы измерения угла места в РЛС метрового диапазона

Расстояние между строками равно . В зависимости от угла места цели ε отраженный сигнал в каждой строке будет отличаться фазой. Набег фазы от… , где l - длина волны зондирующего сигнала.

Вопросы для самостоятельной работы и контроля знаний

2. Каким образом принципы создания радиолокационного поля реализуются при построении поля активной радиолокации? 3. Каковы структура подсистемы активной радиолокации и принципы ее… 4. Как доказать, что автоматизация сбора и обработки радиолокационной информации повышает качество радиолокационного…

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЗАЩИЩЁННОСТИ РЛС ОТ ПОМЕХ

========================================================

 

3.1 Методы повышения защищенности РЛС от активных помех

 

3.1.1. Анализ защищенности РЛС от шумовых помех

 

Оценка боевых возможностей РЛС при воздействии активных помех может быть получена на основе анализа уравнения противорадиолокации, которое имеет следующий вид:

, (3.1)

где: – мощность излучения на выходе антенна i-го ПАП;

– ширина энергетического спектра шумовой помехи i-го ПАП;

– коэффициент усиления антенны i-го ПАП;

– значение нормированной диаграммы направленности антенны i-го ПАП в направлении на РЛС ;

, , – сферические координаты i-го ПАП;

– коэффициент качества помехи, учитывающий отличие ее временной структуры от структуры теплового (гауссова) шума ;

– коэффициент поляризационного несовершенства помехи, учитывающий различие поляризации сигнала и помехи ;

F_Л (β-β_i)·F_Л (ε-ε_i) – нормированная диаграмма направленности антенны РЛС в направлении i-го ПАП;

β, ε – угловые координаты максимума диаграмма направленности антенны РЛС.

Как следует из (3.1), воздействие помех особенно интенсивно при нахождении одного или нескольких ПАП в главном лепестке диаграммы направленности антенны РЛС (β_i=β; ε_i=ε; F_Л(β-β_i)·F_Л (ε-ε_i)=F_Л(0)=1, когда дальность обнаружения «нешумящих» целей, прикрываемых ПАП, может снижаться до единиц - десятков километров. Помимо появления таких секторов эффективного подавления возникает «сжатие» зоны обнаружения РЛС в других направлениях (рис.3.1).

Количественно изменение зоны обнаружения РЛС при воздействии шумовых помех характеризуют коэффициентом сжатия и шириной сектора эффективного подавления . Коэффициент сжатия определяется как отношение дальности обнаружения нешумящей цели без помех и дальности ее обнаружения при воздействии внешних помех (высота полета фиксирована). Для изодальностного участка зоны обнаружения коэффициент сжатия имеет вид:

. (3.2)

а) б)   Рис.3.1. Изменение зоны обнаружения РЛС при воздействии одного (а) и нескольких (б) постановщиков активных помех

 

 

В режиме самоприкрытия дальность обнаружения i-го постановщика (дальность самоприкрытия ) определяется расстоянием до него , при котором (3.1) обращается в тождество. Если пренебречь внутренним шумом, то получим

. (3.3)

Используя (3.3), приведем уравнение (3.2) к виду:

, (3.4)

где: – максимальная дальность обнаружения на изодальностном участке при отсутствии внешних помех.

Сектор эффективного подавления - это диапазон угловых координат, в пределах которого ПАП обеспечивает полное самоприкрытие и маскировку целей. Ширина сектора зависит от мощности помехи, энергетического потенциала РЛС, ширины ДН приемной антенны РЛС, а также от наличия и эффективности средств защиты.

При отсутствии в РЛС мер защиты от шумовых помех ее зона обнаружения может настолько сжаться, что РЛС будет не в состоянии выполнять свои задачи.

 

3.1.2. Методы защиты РЛС от активных шумовых помех

 

3.1.2.1. Технические методы защиты

 

Анализ уравнений (3.1) – (3.4) показывает, что повышение индивидуальной защищенности РЛС от шумовых помех достигается:

- увеличением энергетического потенциала РЛС («силовая» борьба с помехой);

- пространственной селекцией эхо-сигналов от целей на фоне помех;

- использованием поляризационного и временного «несовершенства» отдельных видов помех;

- расширением динамического диапазона приемных устройств.

Метод «силовой» борьбы обеспечивает снижение коэффициента сжатия в результате увеличения дальности . Сюда же можно отнести уменьшение требуемого значения коэффициента различимости

, (3.5)

где: – коэффициент потерь в реальном тракте обработки эхо-сигналов ; – параметр обнаружения .

Коэффициент уменьшается при оптимизации приемного устройства. Параметр может быть уменьшен при переходе к многочастотному зондирующему сигналу, выборе рационального значения времени облучения цели .

Метод «силовой» борьбы направлен на повышение отношения сиг-

нал/помеха на выходе приемного устройства и, следовательно, на увеличение дальности обнаружения цели в шумовых помехах за счет увеличения энергии зондирующего сигнала и повышения ее концентрации в пространстве (увеличения коэффициента усиления антенны на излучение ). Он не преследует цели ослабления помехи на входе приемного устройства или в трактах обработки.

Если увеличение импульсной мощности и длительности импульса встречает одинаковые затруднения в РЛС любого назначения, то возможности увеличения коэффициента усиления антенны и числа импульсов в пачке особенно ограничен в обзорных РЛС РТВ, где стремление к увеличению и вступает в противоречие с требованием обеспечения высокого темпа обзора пространства. Поэтому высокая эффективность метода может быть достигнута лишь в специализированных РЛС РТВ, предназначенных специально для ведения «силовой» борьбы и анализа состава прикрытых помехами целей. Эти РЛС не ведут обзор пространства, а работают по целеуказанию от обзорных РЛС (с КП), поэтому могут иметь узкий луч и зондировать заданное направление длительное время. Это, однако, не означает, что в обзорных РЛС следует отказаться от повышения энергетического потенциала. Если увеличение энергетического потенциала до технически возможных пределов и не позволит обнаруживать на больших дальностях сами постановщики помех, то оно приведет к увеличению дальности обнаружения нешумящих целей вне секторов эффективного подавления.

В обзорных РЛС перспективным с точки зрения повышения их защищенности от шумовых помех является отказ от равномерного обзора пространства и переход к адаптивному обзору, при котором распределение энергии по направлениям (время зондирования отдельных направлений) определяется исходя из воздушной и помеховой обстановки в зоне обнаружения РЛС.

Следует иметь в виду, что повышение энергетического потенциала за счет увеличения числа импульсов в пачке будет иметь место лишь в том случае, когда при обработке производится накопление импульсов в пачке. Накопление может быть когерентным и некогерентным. При когерентном накоплении импульсы пачки складываются в фазе (рис. 3.2), в результате чего амплитуда сигнала на выходе накопителя возрастает в раз (при одинаковой амплитуде всех импульсов пачки), мощность - в раз.

Шумовые выбросы при этом складываются со случайными амплитудами и фазами, в результате чего мощность помехи на выходе накопителя возрастает в раз и отношение сигнал/помеха по мощности возрастает в раз.

Некогерентное накопление производится после амплитудного детектора, когда информация о начальной фазе сигналов и шумовых выбросов нарушена, а сигналы и помеховые выбросы представляют собой импульсы одинаковой полярности. Увеличение отношения сигнал/помеха на выходе некогерентного накопителя происходит вследствие того, что импульсы пачки появляются более или менее регулярно и имеют более или менее постоянную амплитуду, в то время как амплитуда шумовых выбросов имеет случайный характер. В результате некогерентного накопления импульсов пачки отношение сигнал/шум на мощности возрастает не в раз, как при когерентном накоплении, а только в раз.

Рис. 3.2. Пояснение принципа когерентного накопления пачки

 

 

Когерентное накопление пачки эхо-сигналов применяют в современных РЛС с истинной когерентностью. Накопление производится в каждом кольце дальности в М параллельных доплеровских фильтрах. В РЛС с эквивалентной когерентностью применяется некогерентное накопление пачки на экране ИКО с послесвечением или с помощью рециркуляторов (рис. 3.3), схем логической обработки пачки к/м и т.д.

сумматор

TП

Усилитель ОС

UВХ

UВЫХ

Рис. 3.3. Структурная схема рециркулятора

 

 

Улучшение пространственной селекции является важнейшим способом защиты РЛС от активных помех всех видов. Оно достигается за счет сужения главного лепестка и уменьшения уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны, в результате чего обеспечивается сужение сектора эффективного подавления и уменьшение коэффициента сжатия зоны обнаружения РЛС.

Наряду с принятием всех мер снижения фона боковых лепестков в настоящее время в РЛС осуществляется избирательное адаптивное подавление бокового приема в направлении на каждый постановщик помехи путем компенсации помехи, принятой по боковым лепесткам, помехой, принятой с того же направления вспомогательной антенной. ДН вспомогательной антенны перекрывает боковые лепестки основной антенны (рис. 3.4).

Помеховые колебания, принятые основной антенной по боковым лепесткам и вспомогательной антенной, коррелированны, но отличаются друг от друга по интенсивности (рис. 3.4) и имеют сдвиг по фазе , обусловленный разностью хода (рис. 3.5)

Основная антенна

Вспомогательная антенна

Рис. 3.5. К пояснению разности хода РЛС.

 

 

Помеха

Рис. 3.4. Диаграммы направленности основной и вспомогательной антенн

где: - расстояние между фазовыми центрами основной и вспомогательной антенн; – направление максимума основной антенны; – азимут помехоносителя.

Подавление помеховой составляющей осуществляется в автокомпенсаторе (квадратурном или гетеродинном). Автокомпенсатор обеспечивает подавление помехи на 10-25 дБ и тем самым уменьшает коэффициент сжатия зоны обнаружения в 1,7-4 раза.

Одноканальный (с одним вспомогательным каналом) автокомпенсатор способен подавлять помеху, действующую лишь с одного направления. При одновременном действии в зоне обнаружения РЛС нескольких помехоносителей, действующих с разных направлений, необходим многоканальный автокомпенсатор, число вспомогательных каналов которого должно быть не меньше числа разрешаемых помехоносителей, действующих одновременно в пределах сектора интенсивных боковых лепестков. Многоканальные автокомпенсаторы сложны, имеют большое время настройки, поэтому в настоящее время в РЛС находят применение автокомпенсаторы с числом вспомогательных каналов не более пяти.

На рис. 3.6 а, б представлены структурная схема и векторная диаграмма квадратурного автокомпенсатора. Символами Х, ∫, ∑, Фобозначены соответственно перемножитель сигналов, интегратор, сумматор и фазовращатель. Управление процессами самонастройки в квадратурном автокомпенсаторе осуществляется на видео частоте. Поэтому перемножители в цепях обратной связи выполнены на базе фазовых детекторов, интеграторы – на базе RC – фильтров с постоянной времени, существенно превышающей длительность эхо-сигнала. Фазовые детекторы в единстве с соответствующими RC – фильтрами выполняют функцию коррелятора. Перемножители в цепях основного и дополнительного каналов выполнены на базе усилителей с управляемым коэффициентом усиления.

Х

∫

Х

Φ90°

Х

∫

Х

∑

Рис. 3.6 а. Одноканальный квадратурный автокомпенсатор

Δφ

UДК

UОК

-UОК

U0ДК

-UСДК

Рис. 3.6 б. Векторная диаграмма автокомпенсатора

Сигналы помехи на входах основного и дополнительного каналов автокомпенсатора сдвинуты друг относительно друга на некоторую фазу Δφ (рис. 3.6 б). Синфазный и квадратурный (ортогональный) подканалы автокомпенсатора, посредством управления амплитудой и фазой составляющих и , формируют помеху дополнительного канала, равную по амплитуде, но противоположную по фазе помехе основного канала, обеспечивая ее когерентную компенсацию в сумматоре автокомпенсатора.

В гетеродинном автокомпенсаторе (рис. 3.7) управление амплитудой и фазой помехи дополнительного канала осуществляется на промежуточной частоте. Поэтому конструктивно гетеродинный автокомпенсатор оказывается несколько проще квадратурного (отсутствует квадратурный подканал). Перемножители сигналов здесь выполнены на базе смесителей, а интегратор – на базе узкополосного кварцевого фильтра.

В первоначальный момент времени, в силу узкополосности и, следовательно, инерционности интегратора, управляющее напряжение на втором входе смесителя дополнительного канала отсутствует и помеховый сигнал основного канала с выхода сумматора поступает на второй вход смесителя корреляционной обратной связи, на первый вход которого поступает сигнал помехи дополнительного канала. Сигнал на разностной частоте (на частоте гетеродина), с соответствующей фазовой структурой, через узкополосный интегратор поступает на управляемый вход смесителя дополнительного канала, обеспечивая равенство фазы и амплитуды помехи дополнительного канала фазе и амплитуде помехи основного канала и, следовательно, ее когерентную компенсацию в сумматоре. Корреляционная обратная связь обеспечивает непрерывную минимизацию дисперсии помехи на выходе сумматора.

∑

-

∫

Рис. 3.7. Одноканальный гетеродинный автокомпенсатор

 

Справа на рис. 3.6 показаны индикаторы кругового обзора при действии в зоне РЛС одного источника помех до, и после включения автокомпенсатора. В первом случае наблюдаются мощные засветы ИКО помехой, принятой как по основному, так и по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. Очевидно, что обнаружить цели на фоне этих засветов не представляется возможным. Во втором случае остается сектор засвета только от помехи, принятой основным лепестком. Этот сектор называется сектором эффективного подавления. Помимо того, что появляется возможность обнаружения целей, ранее прикрытых помехами, одновременно происходит некоторое сужение сектора эффективного подавления. Последнее явление связано с тем, что коэффициент усиления дополнительной антенны на скатах основного лепестка диаграммы направленности соизмерим с коэффициентом усиления основной антенна (см. рис. 3.4), обеспечивая некоторую компенсацию активной помехи на этих участках и, следовательно, упомянутое сужение сектора эффективного подавления. Прикрытым помехой в этом случае остается только сам источник помех (режим самоприкрытия). Следует заметить, что рассмотренный эффект подавления помех характерен как для квадратурного, так и для гетеродинного автокомпенсаторов, так как потенциальные возможности по помехозащите у них одинаковые.

Широкие возможности пространственной компенсации помех открываются по мере освоения приемных ФАР с управляемыми усилителями на выходе антенной решетки. Такие антенны, получившие название адаптивных ФАР, позволяют автоматически формировать диаграммы направленности с числом провалов, соответствующим числу разрешаемых по углу помехоносителей.

Использование «несовершенства» помехи. Под «совершенной» помехой понимают помеху с равномерным распределением мощности по спектру в широком диапазоне частот, с хаотической поляризацией и временной структурой типа внутреннего шума приемника. Отступление от любого из этих условий является «несовершенством» помехи, которое можно использовать для защиты от нее РЛС.

Одним из видов «несовершенных» помех является прицельная по частоте помеха, мощность которой сосредоточена в сравнительно узкой полосе частот (в 2-5 раз превышающей ширину полосы пропускания приемника РЛС). Такая концентрация мощности выгодна противнику, так как позволяет при ограниченной средней мощности передатчика помех повысить спектральную плотность помехи . Способом защиты РЛС от прицельной помехи является перестройка частоты, особенно непрерывная (от импульса к импульсу). В этом случае противник либо вынужден переходить к теоретически более «совершенной», но энергетически менее выгодной заградительной помехе, либо же достаточно часто выключать передатчик прицельной помехи, чтобы произвести разведку новой частоты РЛС, что позволит во время пауз обнаруживать помехоноситель. Практически у заградительной помехи также имеет место «несовершенство», заключающееся в том, что ее спектральная плотность не является одинаковой по всей ширине спектра. В этом случае перестройка РЛС позволяет отыскать участки в спектре помехи с малой спектральной плотностью. Переходу к заградительной или скользящей по частоте помехе противника вынуждает также использование разных частот в угломестных каналах РЛС (РЛК) и применение многочастотных зондирующих сигналов.

Для подавления шумовых помех может быть эффективно использовано их поляризационное несовершенство. В настоящее время применяются помехи с равномерной эллиптической (круговой) или наклонной под 45° к горизонту линейной поляризацией. Такие помехи воздействуют на РЛС с любой поляризацией зондирующего сигнала. Несовершенство помех с такими видами поляризации состоит в том, что горизонтальная и вертикальная составляющие их вектора поляризации коррелированны между собой, т.е. жестко связаны по амплитуде и фазе, следовательно, могут быть взаимно скомпенсированы с помощью поляризационного автокомпенсатора (рис. 3.8), если в РЛС предусмотреть их раздельный прием.

 

Σ

X

Усил. ОС

Основной канал

Дополн. канал

Ќ

∫

X

Рис. 3.8. Поляризационный автокомпенсатор помех

 

 

Ориентация излучателей приемной антенны соответствует поляризации зондирующего сигнала РЛС. Она служит антенной основного канала автокомпенсатора, использующего поляризационное несовершенство помехи. Антенна вспомогательного канала имеет излучатели, идентичные основному, но ориентированные ортогонально. Автокомпенсатор с использованием поляризационных различий полезного сигнала и помехи позволяет подавить помеху, воздействующую по главному лепестку диаграммы направленности приемной антенны и, следовательно, обнаруживать сам помехоноситель. Комплексный коэффициент передачи Ќ, как и в случаях с квадратурным и гетеродинным автокомпенсаторами, обеспечивает равенство фазы и амплитуды помехи дополнительного канала фазе и амплитуде помехи основного канала и, следовательно, когерентную компенсацию последней.

Эффективность поляризационного метода защиты от помех существенно снижается при хаотически поляризованной помехе, у которой ортогонально поляризованные составляющие некоррелированы или слабо коррелированны между собой. Однако создание таких помех представляет для противника определенные технические трудности.

При работе в помехах нередко наблюдались случаи, когда отношение удвоенной энергии принятого сигнала к спектральной плоскости помехи заметно больше единицы, а цель на фоне такой помехи не обнаруживалась, причиной этого является ограниченный динамический диапазон приемно-индикаторного тракта РЛС.

Диапазон изменения амплитуды входных сигналов, при которых в приемнике еще не происходит ограничение, носит название динамического диапазона приемника. Обычно динамический диапазон определяется так:

 

где: – среднеквадратическое значение собственных шумов на входе приемника (в пределах его полосы пропускания).

Динамический диапазон приемно-индикаторных трактов РЛС, если не приняты меры по его расширению, оказывается небольшим (8-14) дБ, причем для отдельных элементов тракта он имеет следующие значения: УВЧ - 60-70 дБ, УПЧ – 20-30 дБ, видеоусилитель – 10-20 дБ, ИКО – 8-14 дБ, т.е. наименьший динамический диапазон имеют выходные элементы тракта.

Расширение динамического диапазона приемных устройств достигают тремя методами:

а) созданием приемников с логарифмическими амплитудными характеристиками (ЛАХ);

б) применением в приемниках шумовой автоматической регулировки усиления (ШАРУ);

в) применением ограничения сигналов в широкополосном тракте приемника (до оптимального фильтра).

Для получения ЛАХ приемника параллельно колебательным контурам каскадов УПЧ включает нелинейные резисторы, сопротивление которых зависит от амплитуды колебаний в контуре. При соответствующем подборе характеристик нелинейных резисторов в каскадах УПЧ можно получить логарифмическую амплитудную характеристику приемника (рис. 3.9а), что обеспечивает расширение его динамического диапазона.

Эффективной мерой расширения динамического диапазона является также введение автоматической регулировки среднего уровня шума на выходе УПЧ приемника (ШАРУ) (рис. 3.9б). Схема ШАРУ представляет собой статическую систему автоматического регулирования коэффициента усиления УПЧ. Продетектированный выходной шум УПЧ сглаживается узкополосным фильтром, благодаря чему на выходе фильтра выделяется напряжение, пропорциональное среднему уровню шума.

Рис. 3.9а. Амплитудные характеристики линейного приемника и приемника с ЛАХ

Это напряжение усиливается в УПТ и подается на первые 2...3 каскада УПЧ для регулирования их коэффициента усиления. Чем больше уровень помехи на входе УПЧ, тем больше величина регулирующего напряжения на выходе схемы ШАРУ и тем меньше коэффициент усиления УПЧ. Чтобы реагировать на изменения уровня помехи, которые возникают, прежде всего, вследствие ведения обзора пространства, схема ШАРУ должна быть достаточно быстродействующей, что обеспечивается выбором постоянной времени сглаживающего фильтра. Быстродействие, однако, не должно быть очень высоким, чтобы схема не срабатывала по полезному сигналу и не ухудшала отношения сигнал/помеха.

УПЧ

СФ

АД

УПТ

ШАРУ

Рис. 3.9б. Структурная схема ШАРУ УПТ – усилитель постоянного тока, СФ – согласованный фильтр, АД – амплитудный детектор

Динамический диапазон приемно-индикаторного тракта при введении схемы ШАРУ или применении УПЧ с ЛАХ расширяется до 50-60 дБ. Нужно иметь ввиду, что применение схемы ШАРУ и УПЧ с ЛАХ не приводит к улучшению отношение сигнал помеха, а только стабилизируют шумовую помеху на выходе УПЧ на уровне, значительно меньшим уровня ограничения в последующих элементах приемно-индикаторного тракта, и тем самым способствуют обнаружение сигнала в том случае, когда отношение сигнал/помеха больше единицы.

В широкополосном тракте для сжатия динамического диапазона помехи до динамического диапазона согласованного фильтра и последующих элементов приемника иногда применяют ограничение. Примером реализации метода сжатия динамического диапазона помехи является схема с ограничителем перед согласованным фильтром в РЛС со сложномодулированным сигналом (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема с ограничителем перед согласованным фильтром

УПЧ

Ограничитель

Согласованный фильтр

 

Ограничение помехи обеспечивает стабилизацию интенсивности помехи на таком уровне, чтобы не происходило ограничения в последующих элементах приемника, где ограничение уже недопустимо.

В схеме, изображенной на рис. 3.9, сигналы и выбросы помехи на входе оптимального фильтра также имеют одинаковую амплитуду, определяемую уровнем ограничения. Однако в оптимальном фильтре полезные сигналы сжимаются во времени и их амплитуда возрастает, сжатия же помеховых выбросов не происходит. В результате на выходе оптимального фильтра сигнал может быть выделен на фоне помехи.

Конечно, ограничение приводит к некоторому ухудшению отношения сигнал/шум, однако при этом достаточно простым способом стабилизируется уровень помехи на выходе и предотвращается полная потеря сигнала, которая могла бы иметь место из-за возможного ограничения в последующих цепях приемника.

 

3.1.2.2. Организационно-технические методы защиты

 

Помимо технических мер защиты РЛС от шумовых помех используются меры организационно-технического и тактического характера:

- создание многодиапазонного радиолокационного поля (весогабаритные ограничения в отношении бортовой аппаратуры приведут к уменьшению мощности , переход к заградительной помехе вызовет увеличение диапазона частот );

- повышение плотности группировок РТВ (это вызовет уменьшение в (3.1) коэффициентов , , обусловленное ограничением возможностей противника по созданию прицельно направленных помех);

- первоочередное уничтожение ПАП (приведет к увеличению минимальной дальности );

- применение многопозиционной (разнесенной) радиолокации (увеличение ЭПР ( ), особенно при наблюдении СВН, разработанных по программе «Stelt»).

Применение нетрадиционных методов радиолокации, новых видов зондирующих сигналов и режимов обзора пространства, широкое использование методов распознавания объектов должно способствовать повышению скрытности радиолокационной системы, обеспечивать высокую информативность и живучесть радиолокационного поля.

Таким образом

1. При отсутствии мер защиты в РЛС от шумовых помех ее зона обнаружения может настолько сжаться, что РЛС не в состоянии выполнять свои задачи.

2. Повышение индивидуальной защищенности РЛС от АШП в настоящее время достигается: методом «силовой» борьбы; методом пространственной селекцией эхо-сигнала; методом расширения динамического диапазона приемного тракта РЛС; использованием несовершенства (поляризационного и временного) помехами.

3. В перспективе для защиты РЛС РТВ от АШП ожидается использование новых видов сигналов и нетрадиционных режимов обзора пространства.

3.2. Методы защиты РЛС от активных импульсных помех

 

3.2.1. Виды активных импульсных помех и краткая

характеристика методов их подавления

 

Виды активных импульсных помех и их положение в общей системе классификации помех приведены на рис. 3.10. Импульсные помехи в зависимости от природы их возникновения могут быть умышленными и непреднамеренными, которые в свою очередь могут быть синхронными (период повторения помех соответствует периоду повторения зондирующего сигнала) и несинхронными. Постановка импульсных помех может вестись в целях имитации ложных целей, а также маскировки района боевых действий и структуры ударной группировки. В качестве импульсной помехи может использоваться принятый, условный или излученный бортовой РЛС зондирующий сигнал. Такие помехи называются ответно-импульсными (ОИП).

Ответные помехи могут быть однократными, когда на каждый зондирующий сигнал РЛС излучается один ответный импульс, и многократными, когда на каждый зондирующий сигнал РЛС передатчик помех излучает серию ответных сигналов.

В последнем случае, если выполняется условие (3.6), на экране индикатора, наряду с отстающей помехой появляются импульсы опережающей помехи.

. (3.6)

Здесь: – максимальная задержка момента излучения импульса ответной помехи относительно времени приема постановщиком помех зондирующего сигнала РЛС; – период повторения зондирующего импульса; – дальность до постановщика активной ОИП.

За счет значительной мощности ОИП, возможен ее прием по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны РЛС. При этом эффективность ОИП значительно повышается. Однократные ответные помехи создаются в основном станциям наведения ракет.

Они предназначены для срыва автосопровождения цели (помехи, уводящие по дальности, частоте и угловым координатам. Однократные ОИП можно рассматривать как имитирующие. В то же время, поскольку многократные ОИП затрудняют обнаружение цели, их можно отнести к маскирующим помехам. Поэтому они могут создаваться обзорным РЛС.

Непреднамеренными импульсными считают взаимные помехи РЛС и различной излучающей аппаратуры.

Методы защиты РЛС от импульсных помех можно разделить на две группы. К первой группе относятся методы, обеспечивающие подавление (ослабление) помех до входа в приемный тракт РЛС, ко второй - методы подавления помех в трактах обработки.

по результату воздействия на аппарат. сопровожд.

по регулярности повторения (соизмеримые с ТП)

по количеству импульсов ТП

по регулярности повторения (соизмеримые с ТП)

по временной структуре

по способу формирования

РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ПОМЕХИ

АКТИВНЫЕ

ПАССИВНЫЕ

ИМПУЛЬСНЫЕ

НЕПРЕРЫВНЫЕ

по другим признакам

по природе возникновения

УМЫШЛЕННЫЕ

НЕПРЕДНАМЕРЕННЫЕ

НЕСИНХРОН.

СИНХРОН.

по использованию зондирующего сигнала

ОТВЕТНЫЕ

НЕОТВЕТНЫЕ

ОДНОКРАТНЫЕ

МНОГОКРАТНЫЕ

НЕСИНХРОН.

СИНХРОН.

по результату воздействия на систему ПОИ

МАСКИР.

ИМИТИР.

Рис. 3.10. Классификация активных импульсных радиоэлектронных помех

К первой группе относятся следующие методы:

1) метод пространственной селекции. Пространственная селекция достигается сужением главного лепестка и уменьшением уровня боковых лепестков ДНА.

Она обеспечивает ослабление приема антенной как ответных, так и несинхронных импульсных помех, воздействующих с направлений боковых лепестков;

2) непрерывная (от импульса к импульсу) перестройка РЛС по несущей частоте. Обеспечивает защиту от НИП и опережающих ОИП;

3) ослабление уровня внеполосного и побочного излучения наземных РЭС и уменьшение (т.е. ухудшение) чувствительности приемников по побочным каналам приема.

Эти меры направлены, прежде всего, на снижение уровня внутрисистемных (взаимных) помех, но одновременно снижают также и возможности противника по применению НИП.

К методам подавления импульсных помех в трактах обработки сигналов РЛС относятся:

1) методы, основанные на использовании различий в частотно-временной структуре одиночных импульсов помехи и сигнала;

2) методы, основанные на использовании различий в структуре пачки полезных сигналов и помех;

3) методы, основанные на использовании различий в направлении прихода импульсов помехи и полезного сигнала.

 

3.2.2. Схемы селекции по длительности и закону

внутриимпульсной модуляции сигналов

 

3.2.2.1. Схемы селекции по длительности импульсов

 

В этих устройствах защиты РЛС реализуют методы, основанные на различии ширины спектра одиночных импульсов и полезного сигнала.

К узкополосным помехам относят импульсные помехи, ширина спектра которых меньше спектра полезного сигнала. При использовании зондирующих сигналов без внутриимпульсной модуляции, узкополосные помехи удовлетворяют условию

, (3.7)

где: – длительность импульса помехи;

– длительность импульса полезного сигнала.

К широкополосным помехам относят помехи, ширина спектра которых превышает ширину спектра зондирующего сигнала, что для зондирующих сигналов без внутриимпульсной модуляции означает выполнение условия:

. (3.8)

Устройства защиты от узкополосных импульсных помех.

Дифференцирующая цепь (рис. 3.11) в видеотракте приемника является простейшим устройством защиты от узкополосных импульсных помех. Принцип…   Дифферинци-рующая цепь С   R УПЧ …

Устройства защиты от широкополосных импульсных помех.

Для понимания работы схемы необходимо помнить известное уравнение закона сохранения энергии импульса: . (3.9) Короткоимпульсная помеха вследствие малого ее времени воздействияна узкополосный УПЧ ослабляется последним по…

Схемы селекции по частоте следования.

Схема выделения НИП   -     УПЧ   …   Видеосигналы с выхода детектора приемника подаются на блокируемый усилитель и схему выделения несинхронной помехи,…

Вопросы для самостоятельной работы и контроля знаний

1. Что называется активной помехой радиотехническим системам? 2. Почему активную помеху принято называть помехой, коррелированной по… 3. Каковы основные принципы вывода и анализа уравнения противорадиолокации?

Постановка задачи адаптивного измерения.

  Универсальным способом статистического описания априорной неопределенной… Пусть на фиксированном интервале наблюдения на вход измерительной системы поступают колебания , состоящие из…

Особенности синтеза адаптивного

  По аналогии с рассмотренными выше угловыми и частотными может быть построен и…

Синтез адаптивного измерителя параметров

Поляризации радиолокационного сигнала

При защите приемного устройства от помех, действующих в главном лепестке диаграммы направленности, возможность их эффективного подавления связана не… Синтез поляриметра проведем на примере детерминированного сигнала, имеющего… Ограничиваясь наиболее важным для практики случаем разделением обработки на пространственную и временную и полагая,…

Совместная оценка информативных и неинформативных

Параметров радиолокационных сигналов в условиях внешних помех

В параграфах 4.5, 4.6 были рассмотрены общие закономерности и основные алгоритмы следящего и неследящего измерения параметров радиолокационных… При переходе к измерению энергетических параметров по инвариантной к энергии… Эти адаптивные алгоритмы нашли конкретные технические приложения в рассмотренных ранее адаптивных измерителях…

Вопросы для самостоятельной работы и контроля знаний

2. Чем объяснить, что современная научно-техническая деятельность подразделяется на научно-исследовательскую, научно-рефлексивную и… 3. Чем объяснить, что радиолокация как наука представляет собой органическое… 4. Какова структура радиолокации как науки о сущности радиолокационного взаимодействия?

Логическая структура вопроса-понятия и вопроса-суждения

Основу образовательного процесса составляет логико-коммуникативный процесс в форме диалога, при котором его субъекты (преподаватель и студенты)… Системное познание действительности начинается с анализа, а заканчивается… В логической структуре вопроса обычно выделяют предпосылку (базис), искомое и оператор. В качестве предпосылки…

Основные понятия и операции

Формальной логики

Логика(др.гр. «LOGOS» - речь, мысль, разум, закономерность): 1.Совокупность правил, которым подчиняется процесс мышления, отражающий… 2. Наука о правилах рассуждения и его формах.

Законы формальной логики

Закон непротиворечия: два противоположных суждения не могут быть истинными в одно и то же время и в одном и том же отношении». Если предмет обладает… Закон исключенного третьего: «Из двух противоречащих суждений в одно и то же… Закон достаточного основания: всякая истинная мысль должна быть достаточно обоснована другими мыслями, истинность…

Основные категории и принципы диалектической логики

Сердцевиной метода является система категорий диалектики, которая выполняет функцию гносеологической (познавательной) «лестницы» в движении познания… Степень вскрытия основы (формальная, реальная или полная) определяет глубину… Следует подчеркнуть, что категории рассмотренной ранее системной методологии задействованы здесь только лишь на…

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МАТРИЦ

Общие сведения о матрицах

Матрица — это многомерная (mn-мерная) величина, представленная в виде прямоугольной таблицы из элементов некоторого числового поля:

, (1)

или

, где (2)

Элементы матриц берутся из полей вещественных или комплексных чисел, допускающих операции их сложения, вычитания, умножения и деления в пределах каждого из полей. Матрицу характеризуют числом строк , числом столбцов , размером (размерностью) . Матрицы размером mх1 и называют соответственно вектор-столбцом и вектор-строкой. Матрицы с размерами обычно называют прямоугольными. Матрицы только с нулевыми элементами называют нулевыми. В отличие от других матриц нулевые матрицы полужирным шрифтом обычно не выделяют. В прямоугольных матрицах можно выделить диагонали, идущие сверху вниз направо и сверху вниз налево . Матрицы с одинаковыми диагональными элементами называют теплицевыми.

Квадратные матрицы. Имеют одинаковое число строк и столбцов , главную, т.е. наибольшую диагональ, идущую сверху вниз направо, и наибольшую побочную диагональ, идущую сверху вниз налево. Квадратные матрицы а с нулевыми элементами вне главной диагонали при называют диагональными и обозначают . Диагональную матрицу с единичными элементами называют единичной и обозначают . Квадратную матрицу с нулевыми элементами ниже главной диагонали называют верхней треугольной, а с нулевыми элементами выше ее — нижней треугольной.

Квадратную матрицу, элементы которой, симметрично расположены относительно наибольшей побочной диагонали (сверху вниз налево), равны между собой, называют персимметричной. Квадратную вещественную матрицу, элементы которой, симметрично расположенные относительно главной диагонали, равны между собой, называют симметричной {симметрической) матрицей. Квадратную комплексную матрицу, элементы которой, симметрично расположенные относительно главной диагонали, выражаются комплексно сопряженными числами, называют эрмитовой матрицей. Иногда выделяют состоящие из нулей и единиц перестановочные матрицы, умножение которых на вектор-столбец переставляет элементы последнего. Если это не вызывает разночтений, главную диагональ матрицы называют более кратко диагональю.

Транспонирование матриц сводится к новой расстановке элементов, при которой матрица размера преобразуется в матрицу размера , причем строки матриц переходят в ее столбцы, а столбцы в строки. Повторное транспонирование возвращает матрицу к первоначальному виду. Например,

, , .

Транспонирование вектор-столбца порождает вектор-строку, транспонирование вектор-строки — вектор-столбец. Симметрия, эрмитовость, персимметрия, диагональный характер квадратной матрицы при транспонировании сохраняются. Нижняя треугольная матрица переходит при транспонировании в верхнюю треугольную, и наоборот. Эрмитова матрица переходит при транспонировании в эрмитову матрицу с комплексно сопряженными элементами , в результате же совмещения операций комплексного сопряжения и транспонирования она приобретает первоначальный вид . Заметим, что знак * используется для обозначения комплексного сопряжения без транспонирования (в литературе он часто соответствует совмещению этих операций).

Блочная (клеточная) матрицаотличается объединением скалярных элементов матриц в матричные блоки. Ниже, например, в квадратной матрице а размера выделены штриховыми линиями блок в виде квадратной матрицы , блок в виде вектор-столбца , блок в виде вектор-строки , блок в виде скаляра .

а =

Разновидностью блочного представления прямоугольной матрицы является представление ее в виде блочной вектор-строки составленной из вектор-столбцов

 

Операции сложения и умножения матриц

Операции сложения и умножения вводят таким образом, чтобы обеспечить эффективное использование матриц для описания линейных преобразований и квадратичных форм (см. ниже).

Определения и свойства операций сложения и умножения

Операция умножения матрицы на скаляр сводится к умножению на этот скаляр каждого элемента матрицы. Характеризуется коммутативностью и… Операция умножения матриц с = а b вводится в предположении, что число столбцов… . (3)

Использование операций умножения матриц для описания

Линейных преобразований и квадратичных форм

(5) Примерами линейных преобразований являются: а) формирование m-мерных… (6)

Разновидности операций сложения и умножения матриц

(10) где матричные блоки сами перемножаются согласно (3). При перемножении матриц в виде блочной вектор строки и блочного вектор столбца

Операция обращения неособой матрицы

Неособой называют квадратную матрицу, определитель которой отличен от нуля.

Определитель (детерминант) квадратной матрицы

  Суммирование проводится для m перестановок чисел Знак плюс берется для… Определитель не меняется: а) при транспонировании матрицы; б) при прибавлении к элементам строки (столбца) элементов…

Присоединенная матрица

Матрицей, присоединенной к матрице а, называют транспонированную матрицу ее алгебраических дополнений

 

Произведение матрицы а и присоединенной к ней матрицы не зависит от порядка сомножителей (т.е. подчиняется переместительному закону, коммутативно) и равно диагональной матрице с элементами, равными определителю исходной матрицы:

(13)

Обратная матрица

(14) Матрица существует, если матрица а неособенная, т.е. если Тогда, поделив… (15)

Использование обратных матриц при решении неоднородных

Систем уравнений

При n = m соотношение (5) определяет систему линейных неоднородных уравнений для неизвестных и известных Систему называют неоднородной, если не все известные величины равны нулю. Можно ввести эквивалентное (5) матричное равенство

где

Умножая обе части этого равенства слева на матрицу , в соответствии с (14) получают решение

(16)

Обращение произведения матриц

Если обратные матрицы сомножителей произведения существуют, то

.

Поскольку соотношение (14) выполняется для сомножителей матриц, оно выполняется и для их произведений.

 

Собственные значения и собственные векторы

Квадратных матриц

(18) имеет отличные от нуля решения. Условие (18) означает, что линейное… (19)

Ортогональное представление и диагонализация эрмитовых

И симметрических вещественных матриц

(21) Справедливо ортогональное представление матрицы через ее собственные… (22)

Функции от неособых эрмитовых и симметрических матриц

  Аналогично, произвольная целая степень матрицы При этом

Векторно-матричное дифференцирование

  Производные скалярного параметра по векторным. Пусть скаляр зависит от… (35)

Основные тактико-технические характеристики РЛС РТВ

 

Боевые возможности РЛС, как и любой другой технической системы, зависят от ее характеристик, которые подразделяют на тактические и технические. Тактические характеристики дают представление о функциональных возможностях РЛС, то есть позволяют рассмотреть ее как подсистему сложной системы более высокого порядка. Технические же характеризуют РЛС как относительно самостоятельную техническую систему, т. е. описывают основные параметры РЛС.

Тактические характеристики РЛС

Максимальная дальность обнаружения(Dмакс) – максимальное удаление цели от РЛС, при котором еще обеспечивается ее функционирование с требуемым… Зона обзора РЛС(Ωобз)- область пространства либо поверхности, в пределах… Зона поискаΩп – область пространства (поверхности), в пределах которой РЛС проводит поиск целей в каждой…

Технические характеристики РЛС

Мощность излучения– мощность передатчика РЛС, передаваемая в антенную систему и излучаемая в пространство. Мощности излучения подразделяются на… Обычно импульсная мощность Pи передатчика РЛС достигает сотен киловатт –… Полоса пропускания– максимально возможная полоса частот приемного тракта РЛС, в пределах которой обеспечивается…

СЛОВАРЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВС - Военно-воздушные силы. ПВО - противовоздушная оборона. СВН - средств воздушного нападения противника.