Вопросы для самостоятельной работы и контроля знаний

1. Что называется активной помехой радиотехническим системам?

2. Почему активную помеху принято называть помехой, коррелированной по пространству?

3. Каковы основные принципы вывода и анализа уравнения противорадиолокации?

Х0ф

Х7ф

Х1ф

Бинарный квантователь

Устройство автоматического обнаружения сигналов

Устройство обработки основной РЛИ

Рис. 3.33. Система первичной обработки РЛ сигналов; ОП – сигнал Опознавания; Пел. – сигнал пеленга на источник активных помех

Устройства сигналов ОП и пел.

Пел, ОП

ОП

Пел.

От доплеровских фильтров

Эхо

Бинарный накопитель

4. Чем объяснить, что воздействие активных помех существенно снижает боевые возможности РЛС РТВ?

5. Каковы основные методы защиты РЛС от активных помех?

6. В чем заключается сущность метода пространственной селекции сигнала на фоне активных помех?

7. Каковы основные принципы построения одноканальных и многоканальных автокомпенсаторов активных помех?

8. Каким образом квадратурный и гетеродинный автокомпенсаторы осуществляют подавление активных шумовых помех и выделение импульсов полезного сигнала?

9. В чем заключается сущность метода поляризационной селекции сигнала на фоне активных шумовых помех, принимаемых основным лепестком диаграммы направленности РЛС?

10. Каковы основные принципы и методы защиты РЛС от импульсных активных помех?

11. В чем заключается сущность метода селекции сигнала по длительности, частоте повторения и закону внутриимпульсной модуляции?

12. Как доказать, что ШАРУ, БАРУ и ВАРУ обеспечивает расширение динамического диапазона радиоприемного устройства РЛС?

13. Что называется пассивной помехой?

14. Почему пассивную помеху принято называть помехой, коррелированной во времени?

15. Каковы основные направления повышения защищенности РЛС от пассивных помех?

16. Каковы основные принципы и методы защиты РЛС от пассивных помех?

17. Каковы основные критерии защищенности РЛС от пассивных помех?

18. В чем заключается сущность метода сужения спектра флюктуации сигналов, отраженных от пассивных помех?

19. В чем заключается сущность корреляционно-фильтровой обработки сигналов?

20. Как доказать, что цифровые доплеровские фильтры обеспечивают разделение сигналов по скоростным каналам и когерентное накопление эхо-сигналов?

21. Почему корреляционно-фильтровой метод обработки сигналов нашел широкое применение в РЛС с цифровой обработкой сигналов?

22. Каким образом в современных РЛС с цифровой обработкой сигналов реализуется принцип истинной когерентности?

 

Рис. 3.34. Структурная схема РЛС с цифровой отработкой сигналов

ωсt+φг+φпр+φД

cos φД

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ РЛС

СИСТЕМА ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

СМ

ПУПЧ

СМ

ПУПЧ

Антенный переключатель

УРЧ

СМ

ПУПЧ

СМ

ФАЗОВЫЙ МАНИПУЛ.

ГЕНЕРАТ. ƒ пр.

СИНХРОНИЗАТОР

ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

ЗАДАЮЩ. ГЕНЕРАТ.

АЦП

ФD

90º φ

ωпрt+φпр+φД

ωпрt+φпр+90

ωпрt+φпр

ωпрt+φпр

УМНОЖИТ. ЧАСТОТЫ

cos (90+φД)

ωпрt+φпр+φД

ФD

УПЧ

nωгt+φг

ωпрt+φг

ωсt+φг+φпр

УСИЛИТ. МОЩНОСТИ

АЦП

УРЧ

УРЧ

Импульсн. модулятор

 

 

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

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

 

4.1. Специфика современного методологического подхода к проблеме адаптивного измерения параметров

радиолокационных сигналов

 

Материал предшествующих глав учебного пособия достаточно убедительно показывает, что методология системного подхода позволяет эффективно решить целый комплекс актуальных проблем построения радиолокационной системы РТВ как сложной неравновесной системы с рефлексией, проводить глубокий и всесторонний анализ основных показателей качества ее функционирования, строить долгосрочный адекватный прогноз наиболее вероятных направлений развития, а также проводить комплексное всестороннее исследование одной из важнейших составляющих этой сложной системы – средств радиолокации, включая сущность заложенных в них реальных и потенциальных (перспективных) технических решений.

Значение системной методологии, как и полученных на ее основе результатов, тем более существенно, что речь идет о системе государственного масштаба, построение которой, с одной стороны, направлено на эффективное выполнение государством одной из своих важнейших функций по защите страны и нации от внешней угрозы, а с другой – связано с огромными финансовыми затратами, неоправданные масштабы которых могут поставить под сомнение целесообразность создания самой этой системы, экономически не менее разрушительной, чем упомянутая внешняя угроза.

В тоже время, системная методология, какой бы развитой она ни была и как бы грамотно она ни применялась, способна эффективно решать возложенные на нее научно-технические и технологические задачи только с опорой на специальное научно-техническое знание и в органическом единстве с соответствующей частно-дисциплинарной методологией. Речь идет о теории радиолокации, ее методологии и применении этих отраслей радиолокационной науки к решению масштабных задач синтеза сложных радиолокационных систем РТВ.

Известно, что любая наука в своем становлении и развитии проходит два этапа – эмпирический и теоретический. Радиолокация не является исключением. На протяжения относительно непродолжительной истории своего развития она строилась преимущественно как эмпирическая научная дисциплина[15] с преобладающим в ней методом индуктивного анализа и синтеза концептуальных положений и схемных решений на основе поэтапного перехода от детерминированного к квазидетерминированному или стохастическому сигналам.

Преодоление возникающих при этом проблем обработки сигналов на фоне внешних коррелированных помех сопровождалось последовательным усложнением исходных теоретических конструктов и соответствующей идеальной модели объекта, которая, тем не менее, оставалась эмпирической. Ограниченность такой модели, как и связанного с ней метода синтеза радиолокационных систем, проявилась уже при обработке сигналов в сложной помеховой обстановке, когда априорная неопределенность относительно мешающих параметров сигналов и внешних помех оказалась существенной, а информативные параметры сигнала (например, угловое направление на объект локации или доплеровский сдвиг по частоте) на фоне соответствующих видов помех стали носить энергетический характер.

Примером ограниченности эвристических возможностей такой теоретической модели и такого метода синтеза является также история разработки автокомпенсационных устройств подавления внешних коррелированных помех, количество компенсационных каналов в которых наращивалось пропорционально ожидаемому в зоне обнаружения РЛС числу источников помех. Последующие же исследования показали, что такие системы, из-за статистической взаимосвязи сигналов помехи в компенсационных каналах, являются малоэффективными уже при трех источниках помех, а кардинальное решение этих проблем связано с переходом от многоканальных автокомпенсаторов к оценке матрицы, обратной корреляционной матрице помех. При этом на осознание отмеченных недостатков потребовалось без малого двадцать лет интенсивных опытно-экспериментальных исследований и колосальные затраты материальных и интеллектуальных ресурсов, которых можно было избежать при выборе более адекватного методологического подхода в рамках самой радиолокации.

В наибольшей степени ограниченность отмеченной теоретической модели проявилась на этапе измерения параметров объектов локации после адаптации пространственных и время-частотных характеристик измерительного комплекса к соответствующим видам помех, сопровождающейся существенными систематическими и флюктуационными ошибками измерения.

Не сложно заметить, что материал предшествующих глав учебного пособия развертывается посредством рассуждений частного характера, с привлечением конкретных расчетов, простых эмпирических схем и математических формул. Такой подход (движение и развитие знания от чувственно конкретного к абстрактному) как раз и отражает сущность метода научной индукции и эмпирической модели теории радиолокации. Полученные здесь знания, выводы и рекомендации не содержат фундаментальных обобщений, а носят вероятностно-достоверный, рекомендательный характер. Они нарастают как снежный ком и подлежат немедленному пересмотру или существенной коррекции, как только меняются начальные условия функционирования системы или тактика применения тех или иных средств обороны и/или нападения, то есть очень быстро устаревают. Понятно, что многие фундаментальные проблемы функционирования и развития радиолокационной системы РТВ выпадают из поля зрения такого методологического подхода, а для удовлетворительного решения этих проблем требуется разработка дополнительной часто-методической схемы, последующее применение которой, тем не менее, полного успеха не гарантирует. Ситуацию не спасает и применение системного подхода, так как общенаучные принципы системной методологии ограничиваются здесь простыми схемами деятельности полуинтуитивной методологии радиолокации (см. приложение 3).

Представляется достаточно очевидным, что и перед учащимся изложенный выше учебный материал предстает как набор огромного количества слабо увязанных между собой частных рекомендаций и схемных решений, создавая тем самым часто непреодолимые препятствия для его успешного освоения и осознанного практического применения, так как такое освоение ориентируется преимущественно на память и блокирует мышление учащегося. Поэтому при изложении учебного материала четвертой главы предпринята попытка применения концептуальной модели теории радиолокации и методологии дедуктивного подхода к синтезу ряда очень важных для практики систем адаптивного обнаружения и измерения параметров радиолокационных сигналов.

В принципиальном плане дедуктивный подход (движение и развитие знания от абстрактного к мысленно конкретному) мог быть применен с самого начала развертывания учебного материала. При этом исходной для рассуждений и выводов должна была стать фундаментальная (абстрактная) схема теории радиолокации, из которой изложенный в предыдущих главах учебный материал вытекал бы как закономерное следствие. Тем не менее, индуктивная логика построения учебного пособия является и методологически, и методически обоснованной.

Во-первых, современная теоретическая радиолокация только лишь проходит стадию концептуализации, то есть стадию формирования своего общетеоретического ядра. Материал, отражающий эту стадию развития, является лишь достоянием весьма узкого круга специалистов, включая специалистов военной кафедры Сибирского федерального университета. Этот материал пока не вошел в содержание учебников по радиолокации и, следовательно, не известен широкому кругу учащихся радиотехнической специальности. Поэтому дедуктивное изложение учебного материала, без предварительного описания сущности этого методологического подхода и специфики фундаментальной схемы теоретической радиолокации, оказалось бы очень трудным для восприятия и понимания.

Во-вторых, такая логика построения учебного пособия отражает историю становления и развития радиолокации как относительно самостоятельной научной дисциплины в радиотехническом научно-дисциплинарном комплексе. С этой точки зрения она имеет самостоятельную теоретическую, методологическую и дидактическую ценность как для преподавателя, так и для учащихся.

В-третьих, такая логика построения учебного пособия представляет собой, с одной стороны, классический пример применения к решению сложных проблем специальной радиолокации научных методов восхождения от чувственно-конкретного к абстрактному и нисхождения от абстрактного к мысленно конкретному в их диалектическом единстве, а с другой - таким же классическим примером реализации принципа единства исторического и логического в познании радиолокационных систем.

В-четвертых, рассматриваемый подход является наглядным свидетельством того, каким образом частные методики, эмпирические факты, гипотезы и закономерности, накапливаясь и систематизируясь, постепенно создают качественную и количественную основу для перехода радиолокации на теоретический уровень развития, поскольку любая теория не рождается на пустом месте, а выводится из соответствующего эмпирического знания. Все это способствует не только успешному усвоению учащимися достаточно сложной учебной дисциплины, но и формированию у них соответствующей культуры диалектического мышления, столь необходимой при решении важнейших задач развития радиолокационной системы РТВ. Собственно описание упомянутых методов представлено в приложении 3. Характеристика же радиолокации как самостоятельной научной дисциплины, а также структуры радиолокационной теории и ее компонентов приводится в следующем параграфе.

 

4.2. Радиолокация как научная дисциплина. Структура и функции теории радиолокации. Фундаментальная

теоретическая схема радиолокации и

ее практические приложения

4.2.1. Радиолокация как научная дисциплина

Наука, как целостный социально-культурный феномен, возникла и исторически развивалась в следующей последовательности: естественные науки, включая математику, технико-технологические науки и социально-гуманитарные науки. К настоящему времени все три научно-дисциплинарных комплекса находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости, при которой технико-технологические научные дисциплины в диалектически снятом виде включают в себя часть теоретических выводов, методологических схем и практических следствий естественных наук, а социально-гуманитарные научные дисциплины – соответствующие теоретические выводы, схемы и следствия естественных и технических наук. Существует и обратная взаимосвязь, являющаяся одним из наиболее существенных признаков современной (так называемой постнеклассической) научной рациональности.

Известно, что возникновение и развитие технических наук было детерминировано двумя относительно самостоятельными группами факторов. С одной стороны, они утверждались на базе экспериментальной науки, когда для формирования технических теорий оказывалось необходимым наличие своей «базовой» естественно-научной теории. С другой стороны, потребность в научно-теоретическом знании была инициирована практической необходимостью, когда при решении конкретных задач инженерной практики специалисты уже не могли опираться только на приобретенный опыт, а нуждались в научно-теоретическом обосновании создания искусственных объектов, которые невозможно осуществить, не имея соответствующей технической теории, разрабатываемой в рамках собственно технических наук. Поэтому технические науки не являются простым продолжением естествознания, прикладными исследованиями, реализующими концептуальные разработки фундаментальных естественных наук. В развитой системе технических наук имеется свой слой, как фундаментальных так и прикладных знаний, и эта система требует специального предмета исследований. Таким предметом выступает техника и технология как особая сфера искусственного, создаваемого человеком и существующего только благодаря его деятельности.

История возникновения и последующего развития радиолокации, как отрасли радиотехнического знания и деятельности, является едва ли не классическим примером этому. Возникнув в качестве рабочей гипотезы, сформулированной Герцем и получившей подтверждение как побочный продукт экспериментального исследования А.С. Поповым канала радиосвязи между двумя военными кораблями, работоспособность которого нарушалась при случайном прохождении в створе радиолиний третьего объекта, идея радиолокации вызвала к жизни целую систему специфической инженерной деятельности, включающей проектирование, конструирование, непосредственное изготовление и техническую эксплуатацию первичных радиолокационных устройств и соответствующих технологий.

Первоначально эта система деятельности протекала в рамках предшествующего инженерного опыта в сфере радиосвязи и электротехники на основе позаимствованных оттуда частных методических и теоретических схем. Однако очень скоро выяснилось, что закономерности и соответствующие принципы радиолокационного взаимодействия весьма существенно отличаются от закономерностей и принципов радиоинформационного обмена, а технология радиолокационного наблюдения и соответствующая ей структура радиолокационного канала оказались значительно более сложными, чем в случае с радиосвязью.

Коль скоро радиоканал является частной и далеко не самой сложной разновидностью радиолокационного канала, а основной метод радиолокации оказался связанным не с направленным переизлучением, а с диффузным отражением радиосигнала от некоторого объекта, то главная проблема адекватной реализации радиолокационного наблюдения сместилась с инженерно-технических разработок конкретных радиолокационных устройств как компонентов более сложных радиолокационных систем, на разработку теоретических схем этих устройств и их стыковку, а так же на преобразование закономерностей распространения и отражения зондирующего сигнала в принципы радиолокационного обнаружения и измерения (принципы преобразования вещественно-энергетического взаимодействия в информационное).

Теория радиолокации далее стала развиваться на собственном эмпирическом, методологическом и теоретическом базисе. Радиоканал вошел в структуру радиолокационного канала в качестве частного технического решения, принцип радиосвязи оказался в системе принципов радиолокации, а фундаментальная теоретическая схема радиосвязи (уравнение радиосвязи) вошла в теорию радиолокации в качестве ее частной теоретической схемы.

Возникнув на стыке экспериментальной проверки практических приложений физики электрических явлений и потребностей общественной практики (преимущественно оборонного характера), радиолокация стала все отчетливее обозначать свои специфические черты, отличающие ее, с одной стороны, от естественно-научных дисциплин (физики), а с другой – от ближайших «родственников» (радиосвязи и электротехники). Она обрела свое устойчивое предметное поле, сформировала собственные средства, методы и логические механизмы научного исследования, свою особую частно-научную картину исследуемой реальности, т.е. все то, что позволило в целом говорить о становлении относительно самостоятельной научной дисциплины в радиотехническом научно-дисциплинарном комплексе, включающей: а) систему специального радиолокационного научного знания, б) систему специфической научной деятельности и ее методологию, направленную на получение упомянутого научного знания и в) систему соответствующих научных организационных форм, в рамках которых осуществлялась эта научная деятельность.

Вместе с тем, существенное усложнение прикладных задач, особенно тех из них, которые традиционно связаны с решением проблем оборонного характера, поставили теорию и методологию радиолокации в такую познавательную ситуацию, при которой накопленные научные знания, разработанные ранее теоретические схемы объекта, а также наиболее распространенные образцы и схемы научно-исследовательской деятельности оказались малоэффективными. В особой степени эта проблемная ситуация затронула сферу показателей радиолокационного обнаружения и измерения на фоне внешних помех различной физической природы.

В этих условиях представители теоретической радиолокации вынуждены были сместить фокус внимания с познания сущностных аспектов радиолокационного взаимодействия на разработку более фундаментальных теоретических схем объекта и более эффективных методологических подходов к их анализу и прикладной интерпретации, т.е. на область радиолокационного знания, которую по аналогии с другими отраслями научного знания можно называть научно-радиолокационной рефлексией. Рефлексивный компонент научно-исследовательской деятельности постепенно вычленился из сущностного (рис. 4.1) и приобрел в рамках теоретической радиолокации относительно самостоятельный научный статус, вызвав соответствующие изменения, при которых радиолокация из обычной нормативной системы трансформировалась в нормативную систему с рефлексией. Поэтому теоретическая радиолокация как относительно самостоятельная научная дисциплина в радиотехническом научно-дисциплинарном комплексе стала представлять собой сложную структуру, включающую (рис. 4.2):

1) систему исторически развивающегося достоверного научно-радиолокационного знания, адекватно отражающего элементы, структуру, системную динамику и общие закономерности радиолокационного взаимодействия (взаимодействия «объект радиолокации» - «зондирующий сигнал») средствами собственного понятийно-категориального и математического аппарата (научного языка);

2) систему радиолокационной научно-исследовательской деятельности профессионально подготовленных субъектов (ученых, научных групп, научных коллективов), направленной на получение достоверного научного радиолокационного знания;

Рис. 4.1. Структура научно-технической деятельности

Сфера ценностно-мотивационная     Цели; ценности; интересы; мотивы; потребности.

Субъект

А т р и б у т ы

Предмет; процесс; средства; механизмы; нормы; формы организации; способы (методы); продукт.

А т р и б у т ы

Предмет; процесс; средства; нормы; механизмы; формы организации; способы (методы); продукт.

А т р и б у т ы

Предмет; процесс; средства; механизмы; нормы; формы организации; способы (методы); продукт.

Деятельность научно-исследовательская   Научно-исследовательская программа

Деятельность проективно-технологическая Проективно-технологическая и конструкторская программы

Деятельность научно-рефлексивная Научно-коллекторская и научно-методическая программы

Деятельность научная

 

 

3) систему институционально закрепленных радиолокационных научно-организационных форм (научных учреждений и соответствующих организационно-правовых норм), объединяющих, координирующих и регулирующих соответствующие виды научно-исследовательской деятельности;

4) систему специфических (внутри научных и социально-культурных) ценностей, отражающей мотивационно-ценностные и этические нормы собственно научно-педагогической деятельности (так называемый этос радиолокации), а также внешние ценностные ориентиры развивающегося общества;

5)систему научной радиолокационной рефлексии, направленную на самоорганизацию и саморазвитие радиолокации как науки;

6)систему проективного, конструкторского и эксплуатационно-технологического научного знания и деятельности.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Р А Д И О Л О К А Ц И Я

Система научной радиоло- кационной рефлексии

Система научного радиолокационного знания

Система радиолокационной научно-исследовательской деятельности

Система научной организации РЛ деятельности

Система специфических ценностей теоретической радиолокации

Радиолокация как наука о сущности радиолокационного взаимодействия

Радиолокация как наука о средствах и методах технической деятельности

Система технико-технологической рефлексии

Системы проективного, конструкторского-технологического знания и деятельности

Связь рефлексивная

Связь онтологическая

Рис. 4.2. Теоретическая (концептуальная) схема теоретической радиолокации как нормативной системы с рефлексией

 

 

Эти абстрактные объекты (система научного знания, система научной деятельности, система научной организации и др.), называемые в науковедении теоретическими конструктами, во взаимосвязи и взаимозависимости составляют теоретическую схему (концептуальную модель) радиолокации как относительно самостоятельной научной дисциплины. Она дает целостное представление об обобщенной структуре этой научной дисциплины и позволяет наметить и развернуть многочисленные и многоуровневые программы исследования.

В контексте нашего рассмотрения наибольший интерес здесь представляет радиолокация как система научного знания, в которой основополагающее значение имеет его формы и структура. В то же время следует заметить, что радиолокация как относительно самостоятельная научная дисциплина первоначально сформировалась как некоторая отрасль специального научного знания о средствах и методах технической деятельности. Система научного знания о сущности радиолокационного взаимодействия входила в эту отрасль радиотехнического знания в качестве ее внутреннего элемента. И лишь в последние два десятилетия система научного о сущности радиолокационного взаимодействия стала постепенно оформляться в теоретическую радиолокацию.

Формы научно-радиолокационного знания включают:

1) научный радиолокационный факт - твердо установленное основание, на котором строится радиолокационная наука;

2) научная радиолокационная проблема – форма научной задачи, обязательным условием которой является разрешения противоречия между необходимостью новых научных радиолокационных знаний и невозможностью их получения на базе существующих теоретических представлений, средств и методов научного познания;

3) научная радиолокационная гипотеза - форма вероятностного научного радиолокационного знания, в виде предположений, догадок или предсказаний о существовании неизвестных ранее радиолокационных явлений, скрытых причинах их возникновения, закономерных связях и отношениях;

4) научная радиолокационная идея - выраженная аналитическим или понятийно-категориальным языком радиолокации форма научного знания, эвристически и целостно объясняющая сущность радиолокационного взаимодействия или объекта исследования теоретической радиолокации на уровне основных принципов или общих закономерностей радиолокации;

5) научная радиолокационная метафора– форма неявного (первоначального, эмпирического) научного радиолокационного знания, обеспечивающая перенос некоторой системы смыслов методом аналогии из смежных областей науки в область радиолокации с целью экономии ресурсов и усилий специалистов при формировании теоретических представлений о сущности радиолокационного взаимодействия[16];

6) научный радиолокационный закон – одна из высших форм научного радиолокационного знания, отражающая существенные, устойчивые, повторяющиеся и инвариантные связи между явлениями радиолокации, выраженная отношениями (системой) понятий и категорий теоретической радиолокации или некоторым аналитическим выражением;

7) научная радиолокационная концепция– системная форма организации научного радиолокационного знания, отражающего сущность того или иного фрагмента радиолокационной действительности;неразвитая, незрелая форма научной радиолокационной теории (предтеория). Научная концепция вводит в формирующееся радиолокационное знание определенный способ дисциплинарного видения упомянутого фрагмента действительности и соответствующие допущения, которые далеко не всегда четко описываются, истолковываются и понимаются (что было особенно заметно на начальном этапе становления радиолокации как научной дисциплины), но без которых невозможно, либо существенно затруднительно развертывание представляемой идеи в концептуальной основе теории и, следовательно, основного массива теоретического знания, адекватно описывающего и объясняющего рассматриваемый фрагмент реальности в системе понятий и категорий;

8) научная радиолокационная теория– высшая системная форма организации научного радиолокационного знания, всесторонне, достоверно и адекватно описывающая и объясняющая сущность радиолокационного взаимодействия собственными аналитическими средствами или средствами понятийно-категориального аппарата (научного языка) радиолокации.

Структура научного радиолокационного знания такова, что каждая из приведенных выше форм в диалектически снятом виде включает в себя все предыдущие формы знания, а субъект радиолокационной науки (ученый – исследователь), не зависимо от того, осознает он это или нет, вынужден строить свою научную деятельность таким образом, чтобы последовательно проходить эти этапы становления и развития научного радиолокацион-

ного знания.

4.2.2. Структура и функции теории радиолокации

Теория радиолокации является высшей системной формой организации научного радиолокационного знания, обеспечивающего достоверное и адекватное описание и объяснение закономерностей радиолокационного наблюдения объектов средствами собственного понятийно-категориального и математического аппарата (научного языка). Как всякая научная теория она характеризуется совокупностью существенных признаков (предметностью, адекватностью, интерпретируемостью, проверяемостью, истинностью, системностью), наделена соответствующими функциями (описательной, объяснительной, систематизирующей, эвристической и прогностической) и имеет свою структуру.

Структура теории радиолокации в наиболее общих и существенных признаках включает в себя:

1. Исходную эмпирическую основу - множество эмпирических фактов, обобщений, классификаций, типологий и эмпирических законов радиолокационного взаимодействия, часть из которых может выполнять функцию принципов, на которых формируется теория радиолокации.

2. Концептуальную основу, включающую теоретические модели (схемы) исследуемого объекта (радиолокационного взаимодействия). Теоретическая модель строится из элементарных абстрактных объектов (теоретических конструктов). Различные связи и отношения между абстрактными объектами образуют теоретические схемы или математические модели, совокупность которых и составляет концептуальную основу научной теории радиолокации.

3. Смысловую языковую основу, включающую: исходные понятия (научные метафоры), промежуточные и завершающие понятия и категории теоретической радиолокации, частные аналитические выражения, первичные гипотезы, постулаты (аксиомы), принципы, общие законы теории, в совокупности описывающие и объясняющие ее (теории) абстрактные объекты, теоретические схемы и математические модели.

4. Логико-методологическую основу, включающую совокупность допустимых в рамках теоретической радиолокации принципов, правил, методических схем рационального преобразования исходного эмпирического материала в теоретические конструкты и абстрактные схемы объекта, а так же совокупность правил логического вывода и доказательств, включая механизмы построения и развития научного радиолокационного знания.

5. Основной массив научно-теоретического радиолокационного знания, включающий совокупность выведенных в теории законов, принципов, следствий и утверждений с их доказательствами.

Концептуальная основа в форме развернутой теоретической модели (схемы) исследуемого объекта (рис. 4.3) выполняет роль системообразующего структурного каркаса радиолокационного знания. Она опирается на эмпирическую основу теории (совокупность результатов наблюдений тех или иных приборных ситуаций и соответствующих им частных эмпирических схем) и строится из элементарных абстрактных объектов (теоретических конструктов), устойчивые, существенные, повторяющиеся связи и отношения которых создают частные теоретические схемы Каждой из этих теоретических схем соответствует определенная закономерность, представленная в форме аналитического выражения. На основании этих закономерностей выводится основной массив теоретического знания, формулируются принципы, с помощью которых: а) разрабатываются методы проектно-конструкторской и инженерной деятельности в области радиолокационной техники, б) создаются частные теоретические схемы более высокого уровня

Математическое выражение основных законов теории

Фундаментальная теоретическая схема

Прогнозируемое теоретическое знание

Математическое выражение частного закона I

Частная теоретическая схема I

Математическое выражение частного закона II

Частная теоретическая схема II

Теоретический закон

Частная теоретическая схема (до построения теории)

Н1,2

ПС

Н2,3

ПС

ЭЗ1

ЭСx1

ЭЗ1

ЭСx

ЭЗ2

ЭСx2

Н1,2

ПС

ЭЗ3

ЭСx3

Н1-7

ПС

Н1-12

ПС

ПС

Н1-12

ПС

ЭЗ1

ЭСx1

ПС

ЭЗ2

ЭСx2

Н1-12

ПС

Н1-12

ПС

ЭЗ1

ЭСx1

Н1-7

ПС

ЭЗ2

ЭСx2

Н1-12

ПС

Н1,2

ПС

ЭЗn

ЭСxn

ПС

Н1-12

ПС

Н1,2

ПС

Рис. 4.3. Обобщенная структура радиолокационной теории ЭЗ – эмпирическая зависимость (1, 2 – ассимилированная теорией; n – не ассимилированная теорией); ЭС - эмпирическая схема; Н1-n – наблюдения; 1-n – условное число наблюдений; ПС – приборная ситуация; - предсказуемые эмпирическая зависимость, эмпирическая схема, наблюдения и приборная ситуация

абстракции и идеализации, направленные на внутреннее развитие теории и формирование фундаментальной теоретической схемы объекта.

4.2.3. Фундаментальная теоретическая схема радиолокации и ее

практические приложения

 

Фундаментальная теоретическая схема радиолокации является логически предельным уровнем обобщения частных теоретических схем. Она включает в себя исходные принципы радиолокации, универсальные для данной теории законы с их аналитическим описанием, основные смыслообразующие категории, понятия, их связи и отношения. Функционирование этой схемы направлено на формирование основного массива теоретического знания; на развертывание теории радиолокации в соответствие со строгими закономерностями дедуктивного синтеза и силлогизма как важнейшей формы движения мысли от абстрактного к мысленно конкретному; на непосредственное генерирование и более или менее полную систематизацию основного массива научного знания внутри теории радиолокации.

В фундаментальной теоретической схеме теоретические конструкты (предельно общие категории радиолокации или их математические аналоги), в силу формально-логических операций абстрагирования и идеализации, теряют непосредственную связь с эмпирической основой теории и, следовательно, в значительной степени лишены онтологической (сущностной) «нагрузки». Поэтому в этой схеме и в целом в структуре научной теории они выполняют чисто познавательные (гносеологические) функции, создавая соответствующий познавательный инструмент и язык описания, которые обеспечивают последовательный переход от одного уровня теоретической работы к другому.

Материал предшествующих учебных глав есть ни что иное, как последовательное описание тех или иных приборных ситуаций и наблюдений, обобщение и анализ которых приводит к соответствующим эмпирическим схемам и закономерностям (см. рис. 4.3). Любой разрешенной проблемной ситуации, например, расчету зоны обнаружения РЛС или разработке системы защиты от пассивных помех, соответствуют свои приборные ситуации, свои результаты наблюдения и свои частные эмпирические схемы. Отсюда и упоминавшаяся вероятностная достоверность полученных результатов.

Очевидно, что постепенное обобщение частных эмпирических схем и соответствующих эмпирических фактов, эмпирических закономерностей и принципов создает предпосылки для построения той или иной частной теоретической схемы, теоретико-методологические возможности которой несоизмеримо богаче предыдущей. В логическом пределе можно выйти на проблему построения фундаментальной теоретической схемы. Этим эволюционным путем построения собственных теорий, включая построение собственных фундаментальных теоретических схем, прошли многие естественно-научные и технические дисциплины, затратив на него многие столетия.

В современной же теории и методологии науки, наконец, выяснили, что в подавляющем большинстве задач построения научных теорий фундаментальные теоретические схемы могут быть позаимствованы из смежных, более развитых отраслей науки, с последующей их проверкой логическими средствами и практическим опытом. Это позволяет многократно ускорить процесс теоретизирования в рамках данной научной дисциплины. Теоретическая радиолокация не является исключением. Фундаментальная теоретическая схема в качестве научной гипотезы здесь может быть позаимствована или из статистической радиотехники, или из математической статистики, или из теоретической физики и проверена на достоверность и соответствие радиолокационному эмпирическому базису в процессе развертывания теории и синтеза соответствующих радиолокационных систем. Это развертывание (обратное движение) теории радиолокации отражено на рис. 4.3 пунктирными стрелками и пунктирными квадратами.

В целом в представленной на рисунке обобщенной структуре радиолокационной теории каждой из приведенных выше локальных расчетных ситуации или группе схемных решений соответствует своя частная эмпирическая или теоретическая схема, совокупность которых составляет основной массив научного радиолокационного знания.

Уровень же абстракции, точность описания информационной неопределенности и форма связи теоретических конструктов упомянутых схем предопределяют уровень развития (эмпирический или теоретический) радиолокации и, следовательно, эвристические возможности ее теории. Фундаментальная теоретическая схема радиолокации, помимо внутренней функции, направленной на формирование основного массива теоретического знания, дедуктивное развертывание теории радиолокации, генерирование и систематизацию научного знания внутри теории, выполняет и важнейшую внешнюю функция. Эта функция связана с согласованием основных идей, положений, принципов и законов радиолокации с частнонаучной и общенаучной картинами мира (рис. 4.4), что обеспечивает «встраивание» теории радиолокации и самой теоретической радиолокации как относительно самостоятельной научной дисциплины в систему научно-технического знания более высокого порядка, каковой является радиотехнический научно-дисциплинарный комплекс.

Обращение той или иной научной дисциплины к частным и общей научным картинам мира происходит лишь в случае ее глубочайшего кризиса, характеризующегося тем, что: а) новые факты не укладываются в рамки существующих теоретических представлений, что требует выдвижения новых идей и гипотез, их всестороннего теоретического исследования,

 

Физическая научная картина мира

Теоретическая схема

Основания науки

Философские основания радиолокации

Общенаучная картина мира

Концептуальная интерпретация

Идеалы и нормы радиолокации

Эмпирические законы, принципы, зависимости, факты

Приборные ситуации, данные наблюдений

Эмпирическая интерпретация

Математические формулировки законов

Теория радиолокации

Рис. 4.4. Взаимосвязь теории радиолокации с частно-научной картиной мира и основаниями радиолокации как научной дисциплины

Эмпирическая интерпретация

экспериментальной проверки, подтверждения или опровержения, б) в рамках одной отрасли научного знания конкурируют самостоятельные несовместимые теории, объясняющие одно и то же явление с разных позиций, в) комплекс имеющихся и вновь возникающих эмпирических фактов противоречит господствующей теории и требует пересмотра базовых теоретических представлений, методологии и даже мировоззрения.

Специфика современного этапа развития теоретической радиолокации состоит в том, что все перечисленные выше признаки кризиса в ней достаточно очевидны. В этой связи возникла необходимость перехода от полуэмпирической (индуктивно-описательной) к теоретической (дедуктивно-объяснительной, прогностической) модели объекта предписывающего типа на основе более обобщенного байесовского подхода и параметрического описания априорной неопределенности процедуры радиолокационного наблюдения относительно неизвестных параметров сигналов и помех (параметров обстановки).

Эвристические и методологические возможности предлагаемого подхода продемонстрируем на примере синтеза адаптивных обнаружителей и измерителей параметров радиолокационных сигналов на фоне внешних помех. При последовательной реализации упомянутого подходавначале будет выбрана и обоснована фундаментальная теоретическая схема, из которой методом научной дедукции будут выведены частные теоретические, а затем - частные эмпирические схемы и следствия. Одновременно будет показана ограниченность ряда использованных ранее методологических подходов и неэффективность полученных на их основе тех или иных схемных решений.

4.3. Общетеоретические проблемы адаптивного обнаружения

и измерения параметров радиолокационных сигналов

на фоне помех

Как было показано ранее, в реальных условиях боевой работы прием и обработка радиолокационных сигналов осуществляется как правило на фоне внешних помех. При этом обработка сигналов на фоне внутреннего некоррелированного шума является частным случаем этой общей задачи. В последнем случае задача приема и обработки сигналов решается в два этапа: а) этап обнаружения сигналов на фоне внутренних шумов приемного устройства; б) этап измерения пространственно-временных и частотных параметров сигнала.

Этап обнаружения сводится к двум основным процедурам: а) вычислению комплексного корреляционного интеграла , где - входной сигнал, - ожидаемый сигнал, - информативный (измеряемый) параметр, б) сравнению результата вычисления с порогом . Эта процедура заканчивается формированием оценки признака обнаружения цели где символ «1» означает обнаружение цели, а символ «0» - ее необнаружение.

Если корреляционный интеграл вычисляется так, как это показано на рис. 4.5, то говорят о корреляционной обработке эхо-сигналов. Если в качестве коррелятора используется согласованный фильтр с импульсной характеристикой , то говорят о фильтровой обработке сигнала в соответствии со схемой, представленной на рис. 4.6, где .

 

 

Х

∫

ПУ

Рис. 4.5. Структурная схема оптимального двух альтернативного корреляционного обнаружителя; Х – перемножитель сигналов, ∫ - интегрирующая цепь, ПУ – пороговое устройство

Рис. 4.6. Структурная схема фильтрового двухальтернативного обнаружителя; СФ - согласованный фильтр, АД – амплитудный детектор

СФ

АД

ПУ

 

 

Рис. 4.7. Распределение корреляционного интеграла

Если обработка сигналов осуществляется в М скоростных (доплеровских) каналах (фильтрах) в каждом фиксированном кольце дальности ∆Д, что имеет место в цифровых РЛС, то говорят о корреляционно-фильтровой обработке.

Этап измерения, рассматриваемый независимо от этапа обнаружения, сводился к нахождению максимума корреляционного интеграла, которому соответствует измеряемый параметр (рис. 4.7).

При дедуктивном подходе процессы обнаружения радиолокационного сигнала и измерения его параметров рассматриваются совместно, то есть как единая процедура снятия априорной неопределённости сигнала относительно признака наличия или отсутствия цели, параметров внешних помех, а также некоторых неинформативных параметров самого сигнала. Рассмотрим основные принципы этого подхода более подробно.