CC BY
361
Aerospace Defence, 2008, 248 p.
3. Grishin Yu.P., Ipatov V.P., Kazarinov Yu.M., Radiotekh-nicheskie sistemy [Radiotechnical systems], Moscow, Vyssh. shkola, 1990.
4. Zimin G.V., ed., Spravochnik ofitsera PVO [Guide of air defense officer], Moscow, Voenizdat, 1981.
5. Barzilovich E.Yu., Modeli tekhnich. obsluzhivaniya slozh-
nykh sistem [Maintenance logistics models for complex systems], Moscow, Vyssh. shkola, 1982.
6. Bakulev P.A., Stepin V.M., Metody i ustroystva selektsii dvizhushchikhsya tseley [Methods and selection circuit of moving targets], Moscow, Radio i svyaz, 1986, 288 p.
7. Skolnik Merrill I., ed. in chief, Radar handbook, 2nd ed., USA, McGraw-Hill, 2000, 780 p.
УДК 519.876.5:621.396.96
МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБНАРУЖЕНИЯ
ВОЗДУШНЫХ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНОЙ ОБЗОРНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИЕЙ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ АКТИВНЫХ ШУМОВЫХ ПОМЕХ
С.К. Бондарев, зам. зав. отделом; Л.В. Датнова, зав. группой; В.Н. Куликов, к.т.н, доцент, зав. отделом (НИИ «Центрпрограммсистем», просп.. 50 лет Октября, 3а, г. Тверь, Россия, [email protected]);
М.А. Смолкин, соискатель (Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова,
ул. Жигарева, 50, г. Тверь, 1 70022, Россия)
Приведены основные положения методики моделирования процесса обнаружения воздушных объектов наземной обзорной радиолокационной станцией (РЛС) в условиях воздействия активных шумовых помех для реализации этого процесса в компьютерной тренажерной системе для подготовки личного состава боевых расчетов подразделений радиотехнических войск. Анализ состояния и перспектив развития средств воздушно-космического нападения и тактики их применения показывает, что одним из способов преодоления системы ПВО является интенсивное применение радиопомех. На вооружении находятся и постоянно развиваются специальные средства радиоэлектронной борьбы, позволяющие обеспечить постановку как активных, так и пассивных помех. При моделировании процесса радиолокационного обнаружения воздушных объектов наземной обзорной РЛС необходимо учитывать возможность выполнения боевой задачи этой РЛС в сложной помеховой обстановке, адекватно учитывать в модели особенности возникновения и воздействия помех на РЛС. Известны работы, в которых представлены подходы к построению моделей активных шумовых помех, однако эти подходы не реализуемы в модели наземной РЛС, работающей в реал ь-ном масштабе времени в быстроменяющейся сложной целевой и помеховой обстановке. Целью статьи является обоснование достаточно адекватного и в то же время легко реализуемого в реальном масштабе времени способа моделирования процесса воздействия помех на наземную РЛС. Представлены формульные соотношения для расчета факта обнаружения и дальности обнаруженных целей в условиях отсутствия помех и в условиях воздействия на РЛС активных шумовых помех.
Ключевые слова: моделирование, тренажные системы, радиолокационные станции, радиолокационное обнаружение, активные шумовые помехи, коэффициент сжатия зоны обнаружения.
METHOD OF MODELING THE PROCESS OF AIR FACILITIES DETECTION BY GROUND SURVEILLANCE RADAR IN CONDITIONS OF ACTIVE NOISE JAMMING Bondarev S.K., deputy head of the department; Datnova L. V., head of the group;
Kulikov V.N., Ph.D., associate professor, head of department (R&D Institute «Centrprogrammsystem», 50 let Oktyabrya Av., 3a, Tver, 170024, Russia, an ta [email protected]);
Smolkin M.A., candidate (Military Academy of the Aerospace Defence, Zhigareva St., 50, Tver, 170022, Russia) Abstract. The article considers the conceptual issues of the air objects discovery process modeling methodology by ground surveillance radar in conditions of active noise interference. The aim is to implement this process in a computer training system for combat units staff of radio-radar troops. The analysis of the status and prospects of air and space attacks and used tactics shows that one of the ways to overcome the air defense system is intensive using of radio interference. The specific tools of electronic warfare are in the inventory and using constantly. These tools allow making both active and passive noise. While simulating the radar detection process of air objects by ground surveillance radar it is important to consider the possibility of the task performances in a complex jamming environment, to take into account the noise creation features and radar interference attack. There are papers showing the approaches to the construction of active noise interference models. However, these approaches are impossible to implement in the ground radar model, operating in real time in a complex fluid target and jamming environment. The purpose of the article is to prove the rational and easy to implement in real-time method of modeling the process of ground radar noise interference. The article represents the formulas correlations for calculation the fact of target detection and detection range in the conditions of noninterference and active radar jamming. The article con-
tains illustrations modeled ground radar active noise interference on one of the Air Force radar using the method described in the article.
Keywords: modeling, training systems, radar, radar detection set, active noise interference, compression ratio of detection zone.
При разработке тренажных систем для подготовки личного состава боевых расчетов подразделений радиотехнических войск (РТВ) ВВС необходимо моделировать процесс радиолокационного обнаружения воздушных объектов.
В то же время анализ состояния и перспектив развития средств воздушно-космического нападения и тактики их применения показывает, что одним из способов преодоления системы ПВО по-прежнему остается интенсивное применение радиопомех и ложных целей. Находящиеся на вооружении и постоянно развивающиеся специальные средства радиоэлектронной борьбы позволяют обеспечить постановку как активных (источники первичного излучения), так и пассивных (за счет использования источников переотражения электромагнитной энергии самой радиолокационной станции (РЛС)) помех [1].
Суммарная плотность мощности активных шумовых помех (А111П) прогнозируется от 120-150 Вт/МГц до 5 000 Вт/МГц для наземных обзорных РЛС боевого режима средних и больших высот и от 150-300 Вт/МГц до 500 Вт/МГц для наземных обзорных РЛС малых высот.
В соответствии с этим при моделировании процесса радиолокационного обнаружения воздушного объекта наземной обзорной РЛС необходимо учитывать возможность выполнения боевой задачи данной РЛС в сложной помеховой обстановке, адекватно учитывать в модели особенности возникновения и воздействия помех на РЛС.
Вопросам разработки моделей АШП посвящен ряд известных научных работ, например [2, 3]. Однако их использование в моделях наземных РЛС, работающих в реальном масштабе времени в быстроменяющейся сложной целевой и помеховой обстановке, приводит к перегрузкам вычислительных средств, на которых эти модели реализованы.
Обнаружение воздушных объектов в беспомеховых условиях
Информация о зоне обнаружения эталонной цели для каждого режима работы каждой РЛС должна находиться в БД в виде зависимости дальности обнаружения с вероятностью 0,5 от угла места (Д(е)).
Геометрическая дальность действия РЛС (дальность радиогоризонта, км) рассчитывается по формуле
А>г = 4,12 {.¡НА + ^/НЦ) , (1)
где НА - высота фазового центра антенны РЛС, м; Нц - высота полета цели, м.
Пусть БТ(е) - текущая наклонная дальность от РЛС до воздушного объекта при условии, что ее угол места равен е. При этом е рассчитывается по
выражению е = arcsin(Hu -
2R,.,
- HA ), где Язэ -
эквивалентный радиус Земли, ЯЗЭ=8 500 км.
Дальнейшие расчеты осуществляются только при условии, что БТ(е)<БРГ и е<етах (етах - максимальный угол места).
Дальность обнаружения РЛС произвольной цели с вероятностью 0,5 должна определяться
следующим образом: D0 (е) = Д (е) • 4
где
Д(е) - дальность обнаружения с вероятностью обнаружения 0,5 эталонной цели на угле места е, под которым находится воздушный объект относительно линии горизонта рассматриваемой РЛС (берется из БД, где хранится информация о зоне ее обнаружения); стц - эффективная площадь рассеяния цели, м2; стэт - эффективная площадь рассеяния эталонной цели, м2 (обычно аэт=1 м2).
Признаком обнаружения цели является наличие отметки от цели - координатной точки или аналоговой дужки.
Эта первичная радиолокационная информация (РЛИ) по рассматриваемой цели отображается на экране рабочего места обучающегося при выполнении условия (БТ(е)<БРГКРГ)&(^<р), где КРГ -коэффициент использования радиогоризонта рассматриваемой РЛС (находится в пределах от 0,6 до 0,9); р - текущая вероятность обнаружения цели, определяемая из выражения
р « exp
-0,68
ГРт (e)V V До(е)
4 - псевдослучайное
число, равномерно распределенное на интервале [0, 1], определяемое с помощью датчика случайных чисел (ЯМБ) [4].
Обнаружение воздушного объекта в условиях АШП
Воздействие АШП эквивалентно возрастанию внутреннего шума приемника РЛС (при его достаточно большом динамическом диапазоне) [1]. По этой причине в условиях АШП дальность обнаружения цели под выбранным углом места Бп(е) уменьшается по сравнению с Б0(е).
Для расчета Бп(е) (а тем самым и установления факта обнаружения цели на ее текущей дальности) удобно использовать такой показатель, как коэффициент сжатия зоны обнаружения, который численно равен отношению наклонной дальности
обнаружения цели с заданной эффективной площадью рассеяния в помехах к дальности обнаружения этой же цели в условиях без помех: К(Р, в)=Д (Р, е)/»о (е).
Рассмотрим подход к расчету К(Р, е).
Согласно [5],
К(Р,е) = 4
Р ш
Р ш + Р п (Р, е)
1
1 +
Рп(Р, е)/
где Рш - мощность собственных шумов приемника (Вт); р, е - азимут и угол места цели соответственно; Рп(Р, е) - мощность помехи на выходе устройства помехозащиты РЛС (Вт) в угловом направлении.
Необходимо заметить, что постановщик активных помех (ПАП) способен воздействовать на РЛС при выполнении следующих условий:
- дальность до ПАП от РЛС не превышает дальности радиогоризонта (формула (1) при значении дальности до цели, равной дальности до ПАП);
- спектральная полоса помехи должна пересекаться с полосой пропускания приемника РЛС;
- угол места ПАП находится в пределах уг-ломестной зоны РЛС (от етш до етах).
Также можно отметить, что расчет коэффициента К(Р, е) целесообразно производить лишь в
Рп(Р, е)>
том случае, если величина
не превы-
шает формулярного значения динамического диапазона приемного устройства РЛС. В противном случае К(Р, е)=0.
Значение мощности собственных шумов приемника Рш определяется из соотношения
Рш=к-То-Кш-А/Пр, (2)
где £ = 1,37-10 Дж/0К - постоянная Больцмана; То - температура по шкале Кельвина (для расчетов примем То=293 °К); Кш - коэффициент шума приемного устройства РЛС (раз); А/пр - ширина полосы пропускания приемного устройства РЛС (Гц).
Мощность помехи на выходе устройства помехозащиты РЛС определяется [1] выражением
Р п(Р, е) = £•
1 Р п - О п
Аэфф • °Э1
Б2 Д/п, (3)
2 (рц -р, ,ец "е, )'А / пр' К шп-У „' Ьпр-nN,
где N - количество ПАП, воздействующих на РЛС; Бы А/а, Р,-, е,- - соответственно даль-
ность, мощность передатчика помех, коэффициент усиления передающей антенны, ширина полосы постановки помех, азимут, угол места ,-го ПАП; Рц, ец - азимут и угол места прикрываемой ПАП цели; Аэфф - эффективная площадь приемной антенны РЛС; Оэкв - эквивалентный коэффициент усиления приемной антенны РЛС (коэффициент направленного действия); ^2(рц-р,-, ец-е,) - отношение (раз) уровня диаграммы направленности приемной антенны (ДНА) РЛС в направлении
Рц-Р,-, ец-е,- к максимуму ДНА (квадрат соответствует случаю, когда ДНА передающей и приемной антенн совпадают, например, в случае использования одной антенны и на прием, и на передачу); Кшп - коэффициент (безразмерный), учитывающий возможное снижение эффективности воздействия АШП на РЛС (в смысле снижения ею дальности обнаружения) за счет использования модуляции помехи (для прямошумовой помехи Кшп=1); уп -коэффициент, учитывающий несовпадение поляризации помехи и приемной антенны РЛС (безразмерный); Ьпр - коэффициент потерь в приемном тракте РЛС (раз); ^ - коэффициент подавления помех в приемном тракте РЛС при воздействии помех с N ПАП (раз).
В выражениях (2) и (3) почти все величины при обеспечении достаточной степени точности и достоверности получаемых оценок могут быть приняты константами, определяемыми формулярными тактико-техническими характеристиками РЛС и параметрами ПАП в текущий момент времени. Исключение составляет уровень ДНА РЛС в направлении рц-р,-, ец-е,-. Изложим суть подхода к определению этого параметра.
Как известно, ДНА РЛС имеет многолепестковую структуру как по азимуту, так и по углу места [6]. Количество, угловые величины и уровни лепестков ДНА обусловлены в основном параметрами антенн, зондирующих сигналов РЛС и влиянием земной поверхности в ближней зоне.
ПАП обычно имеют слабонаправленную антенну, используемую для постановки АШП [7]. По этой причине при учете воздействия на РЛС ПАП целесообразно перейти от реальной ДНА к так называемой аппроксимированной. При этом для реальной ДНА достаточно выделить три области:
0-Аргл - область главного лепестка в азимутальной плоскости (0-Аегл - в угломестной плоскости);
Аргл-Арбл (Аегл-Аебл) - область ближних (1-3-й) боковых лепестков;
Арбл-180° (Аебл-90°) - область фона.
Дальнейшие рассуждения относятся к азимутальному случаю. Угломестный случай полностью аналогичен ему.
Область главного лепестка ДНА достаточно хорошо аппроксимируется [1] показательной функцией, аргументом которой является квадрат отношения Рц-Р,- к ширине главного лепестка по уровню половинной мощности р0,5Р (по уровню 3 дБ), и эта аппроксимация определяется выраже-
-[^ т
нием F (рц -р, ) = Я 1Ро5' > при (Рц-Р,)<Рь (4)
Значение константы g определяется уровнем (максимумом) 1-го бокового лепестка Е\бл относительно уровня (максимума) основного: Я=10^|1я(^!бл/2)|.
4
ш
Рш
X
Значение границы области главного лепестка ДНА р1 определяется из соображений непрерывности аппроксимированной ДНА.
Область ближних боковых лепестков предлагается аппроксимировать квадратичной зависимостью в соответствии с выражением Г о Л2
(5)
ft
р (Рц-Р ) = 2 • Р бл•^р
при Р1<(РЦ-Р/)<Р2-
Значение границы области первых боковых лепестков ДНА р2, как и рь определяется из соображений непрерывности аппроксимированной ДНА.
Уровень фона Fф можно считать постоянным, то есть область фона можно задать прямой согласно выражению
дрц-р,.^ф. (6)
Значение р1 определяется из уравнения
g
• F
Р1
Из этого выражения получается ft =ft
ln2-ln F
ln g
Значение p2 определяется из уравнения 1
2
• F
'Ю2
^ 2 J
F
Из этого выражения получается
P2 =P1
F
.. 2Р
V 2рф
Пользуясь выражениями (4)-(6), можно рассчитать аппроксимированную ДНА в угловом направлении (рц-р/) по азимуту (в направлении (8ц-8/) по углу места).
На рисунке представлены фрагменты экрана индикатора кругового обзора модели одной из РЛС радиотехнических войск ВВС при моделировании воздействия на нее АШП по изложенной выше методике.
а) АКП отключен
б) АКП включен
Фрагменты экрана индикатора кругового обзора модели РЛС
В данной РЛС имеется возможность отрисовки на экране индикатора кругового обзора зоны обнаружения для целей с выбранной высотой и эффективной поверхностью рассеяния. На рисунке (а) цифрами обозначены области: 1 - главного лепестка, 2 - ближних боковых лепестков, 3 - фона ДНА РЛС.
На периферии экрана отображается координатная точка ПАП (№ 22), которая характеризует угловое направление (азимутальный пеленг) воздействия АШП. В направлении на ПАП на рисунке наблюдается характерный при воздействии АШП на реальную РЛС провал. Обе части рисунка отображают одинаковую тактическую ситуацию.
Рисунок (а) иллюстрирует случай, когда автокомпенсатор (средство защиты от АШП) отключен (коэффициент nN в формуле (3) равен 1), рисунок (б) - когда автокомпенсатор включен (nN=1/200 или -23 дБ). В первом случае воздействие ПАП приводит к необнаружению одного из воздушных объектов (№ 4). Во втором случае этот воздушный объект обнаружен. Рисунок, а также многочисленные эксперименты, проведенные в том числе в ходе предварительных и государственных испытаний тренажной системы, показывают высокую степень соответствия (адекватности) моделируемой РЛС ее реальному прототипу.
Таким образом, представленная методика позволяет достаточно адекватно в реальном масштабе времени моделировать процесс воздействия на наземную РЛС АШП в быстроменяющейся сложной целевой и помеховой обстановке.
Направлениями дальнейшего совершенствования моделирования процесса воздействия на наземную РЛС АШП могут являться учет характера модуляции АШП и более точная аппроксимация ДНА РЛС (в частности, учет заднего лепестка).
Литература
1. Бердышев В.П., Куликов В.Н. и др. Системотехнические основы построения вооружения радиотехнических войск. Тверь: Изд-во Воен. акад. ВКО, 2008. Ч. 1.
2. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Повышение эффективности алгоритмов защиты РЛС от активных шумовых помех // Вестн. Рязанского гос. радиотехнич. ун-та. 2011. № 3. Вып. 37.
3. Тетеруков А.Г. Обоснование требований к уровню боковых лепестков ДН антенны для защиты РЛС от активных шумовых помех // Радиотехника. 2008. № 2.
4. Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Киев: КВЩ,
2000.
5. Основы построения РЛС; [под ред. проф. В.П. Берды-шева]. Тверь: Изд-во Воен. ун-та ПВО, 2003. Ч. 1.
6. Афанасенков Ю.М., Шитиков А.М. Калибровка фазированных антенных решеток в условиях помех // Радиотехника. 2010. № 4.
7. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория; [под ред. Я.Д. Ширмана]. М.: Радиотехника, 2007.
References
1. Berdyshev V.P., Kulikov V.N., Moyseenko P.G., Sistemo-tekhnicheskie osnovy postroeniya vooruzheniya RTV [System framework of RTV armament], Part 1, Tver, Military Academy of Aerospace Defense, 2008.
2. Koshelev V.I., Shtrunova E.S., Vestnik RGRTU [Bulletin of the Ryazan State Radioengineering Univ.], no. 3, Iss. 37, Ryazan, 2011.
3. Teterukov A.G., Radiotekhnika [Radiotechnics], no. 2, Moscow, 2008.
4. Kuzmin S.Z., Tsifrovaya radiololokatsiya (Digital radar), Kiev, KViTs, 2000.
5. Osnovy postroeniya RLS (Fundamentals of building radar). Part 1, Tver, Military Acad. of Aerospace Defense, 2003.
6. Afanasenkov Yu.M., Shitikov A.M., Radiotekhnika [Radiotechnics], no. 4, 2010.
7. Radioelektronnye sistemy. Osnovy postroeniya i teoriya [Radioelectronic systems. Framework and theory], Moscow, Radiotekhnika, 2007.
УДК 007.681.136
МОДЕЛИРОВАНИЕ БОЕВЫХ ДЕЙСТВИЙ В ОПЕРАТИВНО-ТАКТИЧЕСКИХ И ТАКТИЧЕСКИХ ТРЕНАЖЕРАХ
В.А. Ильин, д.в.н., профессор, директор (Санкт-Петербургский филиал НИИ «<Центрпрограммсистем»>, Октябрьская наб., 6б, г. Санкт-Петербург, 193091, Россия, [email protected])
В статье рассматриваются структура и содержание моделей боевых действий сил флота как основы проектирования оперативно-тактических и тактических тренажерных систем для подготовки расчетов командных пунктов и пунктов управления кораблями и корабельными соединениями. Моделирование боевых действий для оперативно-тактических и тактических тренажерных систем должно отражать основное содержание и все основные этапы боевых действий кораблей и корабельных группировок. Модели тренажерных систем должны включать в себя модели своих сил, модели противника, взаимодействующих сил и среды. Модели своих, взаимодействующих сил и сил противника должны состоять из моделей объектов, моделей средств и моделей действий. Совокупность моделей действий представляет собой базу знаний о действиях сил в различных условиях.
Ключевые слова: модель, боевые действия, морской бой, боевая система, подготовка, обучение, тренажер.
COMBAT OPERATIONS MODELING IN OPERATIONAL-TACTICAL AND TACTICAL SIMULATORS Ilin V.A., Ph.D., professor, director (St. Petersburg Branch of the R&D Institute «Centrprogrammsystem», Quay Oktyabrskaya, 6b, St. Petersburg, 193091, Russia, [email protected]) Abstract. The article considers the structure and contents of naval forces combat operations models as a design basis of operational-tactical and tactical simulator systems for crew training of command centers and ships and squadrons control posts. Combat operations modeling for operational-tactical and tactical simulator systems must reflect basic content and all main phases of ships and squadrons combat operations. Simulator systems models must include their forces models, enemy forces models, co-operation forces and surroundings models. These models contain objects models, means and weapons models and combat operations models. The complex of combat operations models represents knowledgebase of forces combat operations in different conditions.
Keywords: model, combat operations, naval action, combat system, training, instruction, simulator.
В общем случае под моделированием понимается процесс создания моделей и их применение. В данной статье нет необходимости давать определение понятия «модель», раскрывать типы моделей и теорию моделирования.
Все учебно-тренировочные средства в силу своего предназначения и внутренней морфологии являются моделирующими системами. И в то же время модели предметной области выступают в качестве инструмента обучения. При этом требования к результатам обучения, к цели и содержанию подготовки обучающихся обусловливают структуру и содержание моделей предметной области, а способы организации и существования знаний в процессе обучения определяют познавательную функцию модели.
Целью подготовки обучающихся на оперативно-тактических и тактических тренажерах ВМФ
является обучение управлению силами и средствами флота при подготовке и ведении оперативно-тактических и тактических боевых действий.
Боевые действия на море представляют собой совокупность согласованных и взаимосвязанных по целям, задачам, месту и времени боев, ударов и атак, проводимых тактическими соединениями и группами кораблей и летательных аппаратов, одиночными надводными кораблями и подводными лодками для решения тактических задач в определенных районах. Целями боевых действий могут быть
- уничтожение подводных лодок и надводных кораблей (судов) противника;
- поражение наземных объектов и войск противника;
- оборона своих районов базирования и коммуникаций;
