CC BY
54Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2019, 12(1), 81-87
y^K 621.391
Adaptive Management of the Moment of Radiation of Laser Energy at Suppression Optical-Electrical Means
Alexandr N. Glushkov, Juriy L. Koziratsky and Ruslan E. Merkulov*
Military Education and Research Centre of Military-Air Forces
«Military-Air Academy Named After Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» 54а Starykh Bolshevikov Str., Voronezh, 394064, Russia
Received 03.08.2016, received in revised form 10.02.2017, accepted 01.02.2018
The algorithm of management is developed by the moment of radiation of laser hindrances at suppression optical-electrical means of looking type. Decision-making on "shot" is made with use of criterion of Neumann-Pirson's on the basis of the forecast of size of capacity of a laser hindrance for entrance pupil optical-electrical means and probability of excess by it of a threshold of suppression optical-electrical means for the period of not less set.
Keywords: laser hindrances, functional defeat, probability of acceptance of the correct decision on a shot, probability of acceptance of the erroneous decision on a shot.
Citation: Glushkov A.N., Koziratsky Ju.L., Merkulov R.E. Adaptive management of the moment of radiation of laser energy at suppression optical-electrical means, J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol., 2019, 12(1), 81-87. DOI: 10.17516/1999-494X-0031.
© Siberian Federal University. All rights reserved
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0). Corresponding author E-mail address: [email protected], [email protected]
Адаптивное управление моментом излучения лазерной энергии
при подавлении оптико-электронных средств
А.Н. Глушков, Ю.Л. Козирацкий, Р.Е. Меркулов
Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» Россия, 394064, Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а
Разработан алгоритм управления моментом излучения лазерных помех при подавлении оптико-электронных средств смотрящего типа. Принятие решения на «выстрел» производится с использованием критерия Неймана-Пирсона на основе прогноза величины мощности лазерной помехи на входном зрачке ОЭС и вероятности превышения ею порога подавления оптико-электронных средств на время не менее заданного.
Ключевые слова: лазерные помехи, функциональное поражение, вероятность принятия правильного решения на выстрел, вероятность принятия ошибочного решения на выстрел.
Введение
При подавлении оптико-электронных средств (ОЭС) энергией лазерных помех остро стоит вопрос управления моментом их излучения. Это связано с необходимостью рационального расходования энергетического ресурса (боезапаса) лазерного комплекса. В настоящее время разработано достаточно большое количество способов управления моментом излучения лазерной энергии исходя из ослабления ее в атмосфере [1]. Данные способы позволяют прогнозировать статистические характеристики лазерного пучка в картинной плоскости цели. Вместе с тем они не позволяют прогнозировать вероятность подавления ОЭС в момент воздействия, что определяет вы окую е оятнос ь приня я ошибочных решений.
Цельработысостоит вразработкеадаптивного алгоритма управления моментом излучения энергиилазерныхпомехпри тенавеанииОЭС исходя итабе спечения допустимого уровня ошибочных решений при производстве «выстрела».
Постановка задачи
Для формализации решаемой задачи и последующего получения решающего правила рядем нчитать, ноо лазертыш комплене фтныциотауьптоыподалгенитОЭС вкдоечает в себя нокационный каналрИСХпомеховьш канал (ПК)уподсисэемтуптыырения ГПСУ).ЛК предна-ьныыеудляньдсьа а обнаружения ОЭ Лг а такжефо рмирооенпь целеу каеэкиянто наведения по-меховотаизрненмн.ВПК фярмируееьн помохеяеетеприение м иытЯуемыми иехакоеристика-ми. В ПСУ реализуются алгоритмы управления работой комплекса. Далее представим условие подавления лазерной энергией ОЭС [2] в виде
К I *Ч 1 (Ра1) Л = ПпорП\ > 1, (1)
S
Т
-8И-
где Соэс- площадь приемной апертуры ОЭС; Н. - аребуемао длительностьвоздействия на ОЭС
P Е
лазернойннаргией£>£,И(,рт r¡„op = —онт-; Рпор = —пор--° р^ j(p,t)мещность лазерных помех и рас-
Рпор Т D
пр еде.,е1лиен^х]ин'^енсиЕ^Е^ос^и давходном зрачкеОЭ Свмоменткаьдвйствия; т+ - длительность превышениячощносни ОВэсоекнивнытНощ,; Чб ¿зоэс- энедзия инвоцной помеос , принятая ОЭС, и значение лазерной энергии, при котором произойдет поражение (подавление) ОЭС. Из (1) видно, что дло при нзтья ипшенияеН но лучении лалерных помех ан ОЭС необходима информация о анксениох неес зс Од. Данеая инДорооция можес Ялоъ пнлучена по результатам зондирования ОЭС локационным каналом комплекса.
Решение
В соответствии с [3] среднее значение принимаемого ЛК свето вого по тока Pn0 с точностью со чоооояннозо мнежнтеля сосссноет сно сзвзнсонэпюскчаез зоидоудющегоизлучения ЛК, при-ирЧ]ым ОЭС нЛоэс:
ЛЦ=Л„ ТА-Оопд, (2)
п0 Лоэс a 0 l2 '
где (Р - квсффици-нты, хорскееризующиепронрачаозсн оосвс(})еры и световозврещение ОЭС соответсаоенно; ео - площадь ариемной нпертхры ЛК) L - даиьность до ОЭС. Выражение (2)позвпляет поизиереннышзиеченитм мещнчсео отраженного от ОЭСсигнала ЛК прогнози-рсвата нмцносвьизлученин лазерным пвмнх на входном зрачке ОЭС.
— Р L ц У2
P D з прР Рп ±п (3)
ее~ SJA ■
гдь 17- плапоевei> мащноыт 1з на о-са пучка и расчвдилоз ть иолучеаая уазера(варекс г п соотеатетоунт еюксщиунеюму, зиндекс п на демеховому коналамЗ а В пвот]^еттее^^в (1) Лсшение на излучение лазерных помех должно быть принято на основе анализа величи-иы рцражённого ОЭС потока зондирующего пучка локационного канала при выполнении условия
2L
ТоТ+^-Т D = — +^0+^, (4)
рдьи -озодосоь светав Рц Тл - врема сз пртхимазмогодздвцирнногомианзиа и деотоль-
носаь возс^рйрхва^^о^т! ОЛЭМ лзмучением пммех моотоетсавенно. Ш нмлу оучайного хмрактера приоимаммиго ЛП отражзшнога еигнала упомянутое решение может быть принято при двух взаимно ииилеочмтщпд усрооипх:
ус лтвиа А* -> энергия гзлупеаип ттнев хегн ОЭС будов на нижо птртгсвтга урепня; условии у лэнергия взJзyкeнвипon[Hв не ОЭСИ-аетнижвпорогового уровня. Даннн1ез лзлнврим мо^о зоооватсововмоь двм вмдм хьшьймд: хьшьймь А* - «выстрел» (излучение энергии помех); решатес А* - «не выстрел».
Трптьего решения («не пнакА быте не должно. Качестваапрамп показателами данных ga-шенпй овляются следр ющие усиавнеан вебоятноснх: Р« = р(аС | Ae ) - вероятность правильного «вегстсела»; Рлв т Р (j* | А10 ) - ]в^]р)(С5ятност^ ложниын «выстрела»; Рпр = Р T(* | А) _ вероят-наяте пропусяА ОЭС; PA = Р(О* | О0) - вероятность оравиленогт нв кыутр-вя, Ря + Рпр = 1; A + Р = ]. Вероятностн Рш и Р« хар=ктеризуют воззмоякносот!» принотии ПСУ комплекса ошибочных р^и^<г:Е(ий, ооторбге нлказыеаются платой гл° и г„р соответственна Мпредемах ноны »0якаиоиаленоео ворнрсния комплекса (облтеть проссрянотвя, os потьеотп Koeygooa оПеспе-i4:^:E5aiS':irc;ji аыполненио диловия Poac > Л Т должны обтрпеяиоигься срибоваин«: Рлт <Pd™ и Ю) — Jfp {Рд°Р а Pj _ досустимые зясненяя врромтяоттеб олииотие ошибопных -яшений). Г>о анаяооио с рЯ] п]-и ятияотии решится яя изоучеяне птм»н неибхояимо мнлиоизировать плату за лшибки, i^OTrc^j^aiJi: может боггь охараьтеризоданр cj+едшим =током; вычдсляемтш по фородуто [У]] ~ = УреР леР И-Ао) т в„рР „иР (-СЛа)- Пр« ^^iBi^aH^-^^^ елт = -„) она прииимадт ви д Л = ЗсГР(=Т) [Рр в- 1яР0 ]. Учисзгеая, что теличива r Д (Ацi 0 0, дешающоо правило по оиреде-леною момлята изнученоя инзррной энертпи яолжие обаспспото миномизеои— (сомножителя [Кос р К ] = mirn^ir^, ib иооором 30 = И —р) / Р (Д,). Такой воиход сотооттствуоо лзиртрию «идеал/-ноло ниялюдатетя» [4-], который теехсооОразнд испотдяовать мии сравненив лезерных комплексов, ел тмкжз прт из «паимизацин. 13> ароесосзн бо«воко фуноционизовтии« лхзерооии средств для приняипо исшениа на выгстрвл аолее удобным являевхя критерий Нейммна - Пиртона [4], которыо позволяея оСеспотсть допустимые ведоятлостя ложного «тыстоелг» и пропускаОЭС Pn¡¡ Р OH и Ряе < ЛП • В качеотви оценок вмрпятностдй омаоиоьмыи и оплибояоы х решений но излучениелазернак темех ыримем следоющпе теноотности:
иР ((шр) р]));
P^I]^6)])); (5с
К= (^(оР^))^^));
гда -у: .а - всроятнанаь ввзптлтдсия сотдветототющеяе ослория. 0Ш 05) сл«дйет, что для опрйделен на момениа изл:1уч^ении л£1зе;и>1яы?^ помех необхеднино пол^еенпит числоты?с значений вероят-^^сот^й 03Р3]-, í0: Рпу), PК TD) и Х[р+ ^ =в). на «^ютрел» может быть принято на
основе оценбк значений 0)tii¡ и Ол пдто врптлнбнти ;yrc;jiocs:E[:0:
зГ>™ ео= ив р„в со
О вофажонии ((>) ^^ и [Д - заданная вероятность правильного выстрела и допустимая вероятность ложного выстрела соответствхннл. Дая ит;^:^05одет[о^ятц^]я(^]к йС и йле будем исходить из следующего. Принимаемый ОЭС поток лазерного излучения определяется суммой квадратов напряженностей поля помех в области пространства, которое опирается на плоскость ограниченную апертурой ОЭС. При нормальном законе распределения флуктуаций напряженности поля закон распределения флуктуаций светового потока определяется /2 распределением с n степенями свободы [5] (в рассматриваемом случае n количество аддитивных компонент квадратов напряженности поля, определяющих величину светового потока). При n ^ да данное распределение аппроксимируется законом Гаусса и мы можем записать сле-
— гг-е —
А1ехап-е N. 01ш11кот, Оипр Ь. КоеВаЧйку... .А^я^р!^уе Мапасетегф оЕ 1ре Мотет дЕ ЩЯРРоп of ЯайегЕпегпу.
дующее выражение для оцен ки вер оятности полнения ус;ловия превышения мощности Ро:
величины Р„ор\
1 . _ ПтоЩпУ
Р{Роэо>Р°ор) = Ф{ппор) = -лМ* ^ П М
п.....
ь2 ез н2
В нам Роэс =(Рпо)- • — • —л, сЖ — оценка дисперсии флуктуаций мощности из-
^НПД О
лучения пазпрныо помв» на входном зрачке ОкС.
ст2 ~сН-<гз +ст2 , (8)
ж л зо ро> (о
гое згЗ ) 0"— ~ дисчерсия флук-уаций мощности озражвнного и зондирующего сигнала; ст2ро -дисперсии флуквуарий мощности езлучения помехового лапера.
Для оценуи тияеений Т (вп - )е и Р(и+ <ТВ- восвользугмс— {кезулвантами исследова-р-к законок распрувееепия инкерв-иои пе-лсечхний пауиветром Штреля порогового уровня [«Л]. Опираясь на доняьсе иееиеялваиия, ^]Е>][,1]е]^л:и]л^ ^(хзз СЕгочая: 1) Р>уе геР ; О) Ргш ~ Рплр; а) Р« ■ли Р^ При -ущеехвенном прт-ышеиии Ре погроеа кодавваеия Рпор вероятность принятия прчвильногррешеоия на «выстрел», е также еероятность «оожнаго выстрела» могут быть оп°по следующим формпаам:
К= РЧР^'лРпОР)яМ-ТТ1Т+)г (9)
И = у ( Т Иявр ) Т - ехр (-Г. ] т+)) , (10)
калосыс покапывлпот, чпк ооениванне Рш и Рлп трибует о:^о:—е]^]нй о пночении т+ . Эти сведения могут быть получены исходя из теории выбросов случайных процессов [4]. По аналогии с [6, 7] вофажаяиа для И )И0р Те Ипор 0 и ввлиинзны т + имеютследующий вид:
_ 2;-Т = ,—
рР ] ^^ ^(я-Л
=Ф()7 ) 7/2 ; н=---—;
т о о" ; _
=-=> от, (И)
О> ,, сй2е-Ог) ° ч , ^ н= Ю-о; тр =в=-_-)-ви ; ас(-) = 11,).
о (
Во втором (Роэс ~ Р—Й и ерттлтя 0Роэс ян Рпор) случаях законы распределерия иянс^егриза-по!^ превышений световым потоком порогового уровня подчрнпются лоРтриДяипески жфмалвно-му закону распределения и обобщенному закону Релея [6], которые при стр / Ртс ^ 1 аппрокси-мирвювся нарральным ]:^ас11]:)(В<н£2л^со-^е]^. На ос;1з<р^ав1 ии этоао вероятность Р (т+ > Тв) определится выракением
Р{т>Тв) = \лр{^(1р(\, гТ ) =-[е^ /2И; 1 = , 0^2))
иде ст< -сде^сп^рсиир^! сптef)BclJ;^o]з пысоье^ни^!^^:» мт]ш^]EЗ(вcт]и Роэс ]^с^ли1ни^1>в Р„ор. T^п,]к пoлрлчс:)^PIи вце-
н<^1с по формуле (Iе) принимвется, 01Т(^ ори ир / Ртс ^ 1 отношвнрс «-и^.
л Р
Ь ОЭС
Заключение
Таким образом, проведенные исследования позволяют сформулировать такой алгоритм определения моместа озооаании тнаргии лазепных помех. ОЭС оалучаетио зондиоуювцимтиг-нялом .Л!3! лзлернпгэ комплеисл. 1~Е<р лтражонзогсу сигналу делызгтя пртонозпорамнгряяпомг-ховото иезучениг з поосквсти Ояа^С^: Роэс, стр, ( (Роэс > С .ор Л и тН. Сравниваются значения Роэс и Рпор. Оценивается вероятность превышения принимоемой ОЭСмощносьппомех отдогявооя знмирвияою формуле P(т+> TD) = exp(-TD / т+ ) при Ряэн » Рпяр или по формуле (12) в противном случае. По формулам (9) и (10) оцениваются вероятности принятия правильного и ошибоч-ногорешенийнавыстрел,которыйпроизводитсяпривыполненииусловий(6).
Использование данного алгоритма позволит излучать лазерные помехи только при гарантии подавления ОЭС с заданной вероятностью и, как следствие, рационально расходовать энер-гетическийресурслазерногокомплекса.
Список литературы
[1] Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика. Новосибирск, 1986. 172 a[Lukin V.P. Atmosphericadaptiveoptics.Novosibirsk,1986.172с.].
[2] Глушков А.Н., Козирацкий Ю.Л. Синтез лазерных помех координатно-метрическим оптико-электронным системам. Радиотехника, 2011, 8, 34-38.[Glushkov A.N., Koziratsky JU.L. Synthes of laser hindrances to koordinato-metric optiko-electronic systems, Radio engineering, 2011, 8,34-38].
[3] Глушков А.Н., Кравцов Р.Н., Митрофанов А.Л. Модель локационного наблюдения ОЭС.
Информационно-измерительные и управляющие системы, 2006, 7, [Glushkov A.N., Kravtsov R. N, Mitrofanov A.L. Model lokacionnogo supervision OEC. Iinformation-measuring and operating systems, 2006, 7].
[4] Ширман Я.Д., Голиков В.И. Основы теории обнаружения радиолокационных сигналов и измерения их параметров. М.: Сов. радио, 1963, 278 с.[ Shirman J.D., Golikov V.I. Bases of the theory of detection of radar-tracking signals and measurement of their parametres. М.: Owls. Radio, 1963, 278 c.].
[5] Тихонов В.И. Нелинейные преобразования случайных процессов. М.:Радио и связь, 1986. 18.[Tikhonov V. I. Nonlinear transformations of casual processes. M.: Radio and communication, 1986. 185.].
[6] Глушков А.Н., Стрельцова Л.В. Статистические характеристики флуктуаций параметра Штреля относительно порогового уровня. Оптика атмосферы и океана. 1992, 2. [Glushkov A.N., Streltsova L.V. Statistical characteristics of fluctuations of parametre of Shtrelja concerning threshold level. Atmosphere and ocean Optics. 1992, 2].
[7] Глушков А.Н., Стрельцова Л.В. Начальные моменты выбросов параметра Штреля при адаптивной коррекции светового пучка. Оптический журнал, 1992, 3, 10-13 [Glushkov A.N., Streltsova L.V. Initial the moments of emissions of parametre of Shtrelja at adaptive correction of a light bunch. Optical magazine, 1992, 3, 10-13].
[8] Козирацкий Ю.Л. и др. Модели информационного конфликта средств поиска и обнаружения. М.: Радиотехника, 2013, 232. [Koziratsky J.L, etc. Models of the information conflict of means of search and detection. М.: Radio engineering, 2013. 232 с.].
[9] Козирацкий Ю.Л. и др. Модели пространственного и частотного поиска. М.: Радиотехника, 2014, 342 .[ Koziratsky J.L, etc. Models of spatial and frequency search. М: Radio engineering, 2014, 342 .].
[10] Козирацкий Ю.Л. Оптимизация угла расходимости излучения лазерной локационной системы в условиях помехи. Радиотехника, 1994, 3, 13-19
