Научная статья на тему 'Моделирование процесса самонаведения истребителя на маневренную воздушную цель в интересах оценки точности вычисления точки прицеливания'

Моделирование процесса самонаведения истребителя на маневренную воздушную цель в интересах оценки точности вычисления точки прицеливания Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
579
223
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ / ТОЧКА ПРИЦЕЛИВАНИЯ / САМОНАВЕДЕНИЕ / EVALUTION OF THE ACCURACY / AIMING POINT / FIGHTER HOMING GUIDANCE

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Леньшин Андрей Валентинович, Лихачев Владимир Павлович, Рязанцев Леонид Борисович

Проведен анализ качества функционирования алгоритмов слежения за воздушной целью бортовой радиоэлектронной системой сопровождения по дальности, скорости и угловым координатам в режиме непрерывной пеленгации и при автоматическом сопровождении цели в режиме обзора на примере радиолокационного прицельного комплекса современного истребителя для типовых ситуаций ближнего маневренного воздушного боя.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Леньшин Андрей Валентинович, Лихачев Владимир Павлович, Рязанцев Леонид Борисович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODELLING OF THE FIGHTER HOMING GUIDANCE ON MANEUVER AIR TARGET FOR EVALUATION OF THE ACCURACY OF COMPUTING AIMING POINT

The paper analyzes the quality of the functioning of the algorithms to monitor the air onboard electronic tracking system in a continuous mode with automatic direction finding and target tracking in browse mode, the example of radar sighting system for a modern fighter model situations close air combat maneuvering.

Текст научной работы на тему «Моделирование процесса самонаведения истребителя на маневренную воздушную цель в интересах оценки точности вычисления точки прицеливания»

А.В. Леньшин,

доктор технических наук, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

В.П. Лихачев,

доктор технических наук, профессор, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

Л.Б. Рязанцев,

кандидат технических наук, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА САМОНАВЕДЕНИЯ ИСТРЕБИТЕЛЯ НА МАНЕВРЕННУЮ ВОЗДУШНУЮ ЦЕЛЬ В ИНТЕРЕСАХ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТОЧКИ ПРИЦЕЛИВАНИЯ

MODELLING OF THE FIGHTER HOMING GUIDANCE ON MANEUVER AIR TARGET FOR EVALUATION OF THE ACCURACY OF COMPUTING AIMING POINT

Проведен анализ качества функционирования алгоритмов слежения за воздушной целью бортовой радиоэлектронной системой сопровождения по дальности, скорости и угловым координатам в режиме непрерывной пеленгации и при автоматическом сопровождении цели в режиме обзора на примере радиолокационного прицельного комплекса современного истребителя для типовых ситуаций ближнего маневренного воздушного боя.

The paper analyzes the quality of the functioning of the algorithms to monitor the air onboard electronic tracking system in a continuous mode with automatic direction finding and target tracking in browse mode, the example of radar sighting system for a modern fighter model situations close air combat maneuvering.

Опыт ведения боевых действий, приобретенный в локальных конфликтах последних лет, показывает, что победа в воздушном бою во многом обусловлена успешной реализацией самонаведения истребителя на цель [1, 2] с последующим применением оружия, в процессе которого имеют место различные этапы, используются разные подсистемы и устройства системы управления вооружением (СУВ), работающие в различных режимах, выполняются различные операции и алгоритмы. Решающее влияние на эффективность применения оружия оказывает маневрирование цели, темп измерения ее координат и параметров движения. Наведение на цель осуществляется на основе информации бортовой РЛС после её вторичной обработки, для реализации которой в прицельных комплексах широко используются алгоритмы, синтезированные на основе теории оптимальной линейной фильтрации [3].

Целью статьи является определение на основе имитационной модели эффективности функционирования бортовой радиоэлектронной системы истребителя при различных режимах автоматического сопровождения интенсивно маневрирующих воздушных целей.

В настоящее время в алгоритмах функционирования каналов слежения за воздушной целью для экстраполяции её положения используются модели, основанные на предположении о взаимном перемещении цели и истребителя (ВПЦИ) либо с постоянной скоростью, либо с постоянным ускорением. В связи с этим первичную информацию, поступающую из бортовой РЛС, обрабатывают по алгоритму a-b-фильтрации или

по алгоритму а-^-у-фильтрации соответственно.

В случае а-^-фильтрации, наиболее распространенной в существующих радиолокационных прицельных комплексах, оценка координат воздушной цели осуществляется согласно следующим рекуррентным уравнениям:

Хк = X к + а Дх^ (1)

Хк = Хк +ДТ ДХк , (2)

Х к = Хк -1 + Хк-1 Д^ (3)

Х к = Хк -1. (4)

ДХк = Ък - Хк. (5)

где Хк , Хк — экстраполированное значение параметра ВПЦИ и скорости его изменения

на к-м шаге, соответственно; Хк, ък — оценка и текущее измерение параметра ВПЦИ,

соответственно; Хк— оценка скорости изменения параметра ВПЦИ; Д; — текущее

время между моментами получения измерений, удовлетворяющее условию 0 < Д; < ДТ; ДТ — период обращения к цели (обновления информации о цели), а при ДТ = Д — и интервал дискретизации; а и Ь — коэффициенты усиления невязки ДХк .

В современных многофункциональных БРЛС могут использоваться два вида режимов автоматического сопровождения [1]: автоматическое сопровождение нескольких целей в режиме обзора (АСЦРО) и режим автоматического сопровождения одиночной цели, именуемый также режимом непрерывной пеленгации (РНП).

При АСЦРО антенной бортовой РЛС выполняется последовательный просмотр всей зоны обзора и грубое определение координат всех обнаруженных воздушных целей. Недостатком является сравнительно большая дискретность поступления в бортовую ЦВМ результатов измерений по сравнению с РНП. Это приводит к увеличению ошибок экстраполяции в алгоритмах фильтрации и к существенному снижению точности полученных оценок дальности, скорости и угловых координат воздушных целей, что, в конечном счете, делает невозможным применение управляемых ракет и стрелково-пушечного вооружения, особенно в условиях маневренного боя.

Проведем анализ точности самонаведения истребителя на маневренную воздушную цель при работе радиолокационного прицельного комплекса современного истребителя в РНП и при АСЦРО, а также ее влияния на точность вычисления упрежденной точки прицеливания. Для анализа использовались четыре модели учебных тактических ситуаций, вполне имеющих место в маневренном воздушном бою. При этом считалось, что цель постоянно находится в зоне обзора бортовой РЛС истребителя.

Ситуация № 1. Истребитель (Су-27) находится на встречном курсе по отношению к цели (МиГ-29), но не имеет возможности уничтожить ее из- за расстояния, превышающего дальность поражения наличного бортового оружия. Цель, пытаясь уклониться от боя, выполняет «нисходящую спираль». Однако истребитель, посредством выполнения маневра «колокол», выходит в заднюю полусферу (ЗПС) противника и поражает его (рис. 1, а). Длительность боя — 60 с.

Ситуация № 2. Истребитель находится на догонном курсе по отношению к цели, но не имеет возможности уничтожить ее из-за расстояния, превышающего дальность поражения наличного бортового оружия. Увеличивая скорость, он стремится сократить это расстояние. Противник, пытаясь овладеть преимуществом в данной ситуации, выполняет «петлю» с целью пропустить атакующего вперед и атаковать его в ЗПС. Однако последний, разгадав замысел противника, выполняет «разворот» на 140° и поражает цель на выходе из «петли» (рис. 1, б). Длительность боя — 38 с.

Ситуация № 3. Противники находятся на встречных курсах на расстоянии, превышающем дальность поражения наличного бортового оружия каждого из них. Пытаясь уклониться от атаки, цель выполняет «боевой разворот». Но истребитель выполнением «горки» сокращает дистанцию, выходит в ЗПС противника и поражает его (рис. 1, в). Длительность боя — 22 с.

Ситуация № 4. Истребитель находится на догонном курсе по отношению к цели, но не имеет возможности уничтожить ее из-за расстояния, превышающего дальность поражения наличного бортового оружия. Увеличивая скорость, истребитель сокращает дистанцию и поражает противника в ЗПС (рис. 1, г). Длительность боя — 18 с.

Рис. 1. Основные типы тактических ситуаций: а— г — соответственно ситуации №1—4

Эффективность наведения стрелково-пушечного оружия зависит от точности расчета угловых поправок при решении задачи прицеливания: поправки на понижение ал, поправки на движение носителя а„ и поправки на движение цели (угла упреждения) ф у.

Поправка на понижение ап зависит от баллистических характеристик применяемого оружия, которые в алгоритмах прицеливания при наведении неуправляемого оружия учитываются с помощью соответствующих коэффициентов. Поправка на движение носителя ан обусловлена тем, что вектор скорости истребителя Vй не совпадает

с вектором скорости сближения V. Данная поправка также учитывается в алгоритмах прицеливания неуправляемого оружия. Поправка на движение цели (угол упреждения) фу является самой важной характеристикой прицеливания, и точность её вычисления

зависит от точности оценивания параметров ВПЦИ каналами слежения за воздушной целью по дальности, скорости и угловым координатам. Углы упреждения в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяются выражениями

Фуг =

Дю

V - Vй ’

Фу =

_ Д Ю

V. - Vй ’

(6)

(7)

где V, _ 4, Ду _ Д2 + У"У- - 2У\Дсоз5“*, 1, _я,0 (CнДy,V„ + V").

1 С 0 +

Здесь ,с — время полета неуправляемого снаряда; д — баллистическая функция по определению полета снаряда, задана таблично; Сн — баллистический коэффициент; V — начальная скорость снаряда.

На основе выражений (6) и (7) определяются вероятные отклонения ЕДф и ЕДф ошибок в учете движения цели при определении углов ф^ и фув, возникающих вследствие ошибок оценивания дальности и угловых скоростей линии визирования:

ЕдФг _ 0,94

Ю Дд

+

Щ,

Vс - V

V с

Е ДА _ 0,94

Ю Д д

'2 ( дд Л

V - Vй

V ус у

+

Юв

Vс - Vй

(8)

(9)

Выражения (8) и (9) характеризуют эллипс рассеивания места положения упрежденной точки прицеливания в картинной плоскости в радианах. Линейные значения вероятных отклонений Е ДЬг и Е ДЬв положения упрежденной точки прицеливания в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяются выражениями

Едьг _ ДЕДфг , (10)

Е дьв _ ДЕдфв . (11)

Выражения (10) и (11) определяют эллипс рассеивания места положения упрежденной точки прицеливания в картинной плоскости в метрах (рис. 2).

2

2

в

Рис. 2. Эллипс рассеивания места положения упрежденной точки

в картинной плоскости

Используя выражения (8)—(11), проведем расчет отклонений Е^ и ЕДЬв для рассматриваемых тактических ситуаций № 1 — 4 в некоторый фиксированный момент времени, когда дальность до цели позволяет применить неуправляемое оружие, это: 45-я секунда — для тактической ситуации № 1; 30-я секунда — для № 2; 16-я секунда — для

№°3; 14-я секунда — для №4. Значение дальности применения оружия принято равным 1500 м

Значения величин отклонений значений оценок дальности Ад от истинного значения, величин угловых скоростей линии визирования юг и юв и их отклонений при работе бортовой РЛС в РНП и при АСЦРО, необходимые для расчета, приведены в табл. 1. Для всех ситуаций принимается, что Ус = 800 м / с .

Значения Д, Ад, Уи, юг, юв, А^ ,Аю получены на основании выражений (1)—(5)

при моделировании каналов сопровождения воздушной цели по дальности и угловым координатам соответственно в тактических ситуациях №°1—4. Рассчитанные значения величин отклонения ЕАкг и ЕАЬв приведены в табл. 2.

Таблица 1

Значения величин, необходимых для расчета Е ^ и Е АЬв

Параметр ТС-1 ТС-2 ТС-3 ТС-4

РНП АСЦРО РНП АСЦРО РНП АСЦРО РНП АСЦРО

Д, м 1500

А д, м 6,04 1272 2,11 3664 6,34 416 0,84 10

Уи , м/с 30,2 180,3 154,4 98,8

юг, рад/с —5,4^ 10-3 -0,023 0,036 -0,024

АЮг, рад/с 1,4^10-3 0,056 2,4^10-3 0,13 5,2^ 10-3 0,087 1,8^ 103 0,023

, рад/с 1,5^10-3 -0,07 -0,32 0,51

Ач , рад/с 1,3-10-3 1,110-3 5,910-3 0,1 1,910-3 0,023 7^10-4 0,011

Таблица 2

Значения отклонений положения упрежденной точки прицеливания

Параметр ТС-1 ТС-2 ТС-3 ТС-4

РНП АСЦРО РНП АСЦРО РНП АСЦРО РНП АСЦРО

Е АЬГ , м 3,8 154,3 8,2 483 17 287 5,4 68,4

Е АЬв , м 3,5 5 20.2 668 7,5 300 2,2 35

Результаты проведенных расчетов позволяют прийти к заключению, что в условиях маневренного боя при использовании выходных данных а-^-фильтров сопровождения по дальности и угловым координатам, прицеливание из неуправляемого оружия в РНП вполне допустимо вследствие малости отклонений Е^ и ЕАЬв , которые сравнимы с геометрическими размерами воздушной цели, а при АСЦРО, напротив, недопустимо, так как отклонения ЕАЬг и ЕАЬв достаточно велики.

Для повышения точности сопровождения маневренной воздушной цели и, следовательно, более точного вычисления точки прицеливания при работе бортовой РЛС в АСЦРО требуется: во-первых, более точное вычисление экстраполированного значения координат маневренной воздушной цели за счет применения в алгоритмах фильтрации более совершенных моделей ВПЦИ; во-вторых, использование алгоритмов фильтра-

ции, построенных на основе теории систем со случайной скачкообразной структурой, как это сделано в [4]; в-третьих, своевременное корректирование параметров модели ВПЦИ в целях адаптации фильтров сопровождения к маневру воздушной цели на основе обнаружителей маневра, как предложено в [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах /

В.И. Меркулов [и др.]. — М.: Радиотехника, 2007. — 304 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Левицкий С.В. Анализ летных характеристик и оценка боевых возможностей истребителя пятого поколения Б-22Л // Наукоемкие технологии. — 2009. — N° 2. — Т. 10. — С. 10—18.

3. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей: пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1993. — 320 с.

4. Рязанцев Л.Б. Многомодельное байесовское оценивание вектора состояния маневренной воздушной цели в дискретном времени // Вестник ТГТУ. — Тамбов, 2009. — № 4. — С. 729—739.

5. Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б. Вероятностные характеристики индикатора маневра воздушной цели на основе фазоразностной оценки ускорения сближения // Успехи современной радиоэлектроники. — 2010. —№ 11.— С. 10—14.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.