CC BY
75ISSN 2500-4352
ШДШН0 ШМЙЧЕШЕ МПЫ. ^ *
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ©
РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ № 21 март 2022 г.
рецензируемое электронное периодическое издание
№21
март 2022 г.
общая информация об ИЗДАНИИ
Казаков Владимир Геннадьевич - главный редактор электронного периодического издания «Воздушно-космические силы. Теория и практика», заместитель начальника Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) по учебной и научной работе, профессор Академии военных наук, кандидат военных наук, доцент.
Телефон: 8 (473) 244-76-54 e-mail: vva@mil.ru
1. Электронное периодическое издание «Воздушно-космические силы. Теория и практика» (далее - Издание) является рецензируемым изданием. Учреждено Федеральным государственным казенным военным образовательным учреждением высшего образования «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина».
Издание издается Федеральным государственным казенным военным образовательным учреждением высшего образования «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (далее - ВУНЦ ВВС «ВВА») в соответствии с законами Российской Федерации «О средствах массовой информации», «Об авторском праве и смежных правах», «Положением об электронном периодическом издании «Воздушно-космические силы. Теория и практика» и другими нормативно-правовыми актами по издательскому делу.
2. Издание зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций как средство массовой информации - свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-77749 от 19 февраля 2020 г.
Изданию присвоен международный стандартный номер сериальных изданий - свидетельство о регистрации в национальном агентстве ISSN и присвоении Международного стандартного номера сериального издания (International Standard Serial Number) ISSN 2500-4352 от 1 ноября 2016 г.
Издание включено в перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук и доктора наук (перечень ВАК по состоянию на 27.01.2021 г., порядковый номер № 739).
Издание включено в библиографическую базу данных публикаций российских авторов, расположенную в составе интегрированного научного информационного ресурса eLIBRARY.RU, договор № 313-07/2017 от 21.07.2017 г. (российский индекс научного цитирования - далее РИНЦ).
3. Зона распространения Издания - территория Российской Федерации. Официальный язык издания - русский, английский. Периодичность выпуска Издания - 1 раз в квартал. Максимальный объем - 100 000 000 байт. Способ распространения - на CD-R.
4. В информационно-телекоммуникационной сети Internet Издание размещается:
на сайте Министерства обороны Российской Федерации по адресу:
http://www.vva.mil.ru/Izdaniay/VKS-teoriya-i-praktika;
на сайте Федерального государственного казенного военного образовательного учреждения высшего образования «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» по адресу: http://www.academy-vvs.ru/editions/vks;
на сайте национальной библиографической базы данных научного цитирования российских ученых eLIBRARY.RU по адресу: http://www.elibrary.ru/title_about.asp?id64849;
на сайте научной электронной библиотеки открытого доступа CyberLeninka, договор № 35718-01 от 10 февраля 2020 г., по адресу: https://www.cyberleninka.ru/journal/n/vozdushno-kosmicheskie-sily-teoriya-i-praktika?i=1055067.
Все статьи индексируются в системе поиска научных публикаций Google Scholar.
Выпуски Издания размещаются в свободном доступе для всех авторов, на бесплатной основе, в виде полнотекстовых статей.
5. В Издании публикуются результаты открытых научных исследований, выполняемых научно-педагогическими работниками военно-учебных заведений, сотрудниками научно-исследовательских организаций и предприятий оборонно-промышленного комплекса, докторантами и адъюнктами по группам научных специальностей:
20.00.00 - военные науки; 13.00.00 - педагогика.
6. Тематическими разделами Издания являются:
- Оперативное искусство и тактика;
- Воинское обучение и воспитание, боевая подготовка, военная педагогика и психология, управление повседневной деятельностью войск;
- Военные системы управления, связи и навигации;
- Радиоэлектронная борьба (способы и средства);
- Военно-строительные комплексы и конструкции;
- Гидрометеорологическое и геодезическое обеспечение боевых действий войск;
- Системный анализ, моделирование боевых действий и систем военного назначения, компьютерные технологии в военном деле;
- Вооружение и военная техника. Комплексы и системы военного назначения;
- Динамика движения и маневрирование боевых средств, внешняя баллистика;
- Системы контроля и испытания вооружения и военной техники, военная метрология;
- Эксплуатация и восстановление вооружения и военной техники, техническое обеспечение;
- Теория и эффективность стрельбы, управление огнем, обеспечение стрельбы;
- Военная электроника, аппаратура комплексов военного назначения;
- Информационное противоборство в военной сфере;
- Общая педагогика, история педагогики и образования;
- Теория и методика профессионального образования.
7. Редакция Издания располагается по адресу: 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, дом 54А, телефон: 8 (473) 236-91-66, добавочный номер: 20-33, e-mail: vva@mil.ru. Адрес для корреспонденции: 394003, г. Воронеж, ул. Краснознаменная, 153. Секретарю редакционной коллегии ЭПИ «Воздушно-космические силы. Теория и практика» Митрофанову Дмитрию Викторовичу.
8. Знак информационной продукции - 12+.
9. Тираж Издания - 50 CD-R.
КОНТАКТЫ
Редакция электронного периодического издания располагается по адресу: 394064, г Воронеж, ул. Старых Большевиков, дом 54А.
Адрес для корреспонденции: 394003, г Воронеж, ул. Краснознаменная, 153. Секретарю редакционной коллегии ЭПИ «Воздушно-космические силы. Теория и практика» Митрофанову Дмитрию Викторовичу.
1. Наименование (название) электронного периодического издания - Воздушно-космические силы. Теория и практика.
2. Учредитель (соучредители) - Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации.
3. Фамилия, инициалы главного редактора - Казаков В.Г.
4. Адрес электронной почты и номер телефона редакции - vva@mil.ru, 8 (473) 236-91-66, добавочный номер: 20-33.
Электронное периодическое издание «Воздушно-космические силы. Теория и практика» зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) (свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-77749 от 19 февраля 2020 г)._
Ответственный за выпуск Издания: Линник Егор Алексеевич, кандидат технических наук.
Ответственный секретарь редколлегии: Митрофанов Дмитрий Викторович, кандидат педагогических наук.
Редакционно-издательская группа: Федорова Екатерина Владимировна, Прилепина Наталья Валериевна, Потоцкий Антон Николаевич, Копаев Михаил Юрьевич, Малаховский Андрей Михайлович.
Номер подписан в тираж 20.03.2022 г. по графику и фактически.
ПОРЯДОК ОПУБЛИКОВАНИЯ СТАТЕЙ
Публикация статей в электронном периодическом издании «Воздушно-космические силы. Теория и практика» (далее - Издание) бесплатная для всех авторов. Авторское вознаграждение за статьи не выплачивается.
Публикации в Издании подлежат только оригинальные статьи, ранее не публиковавшиеся в других изданиях, с оригинальностью текста более 85 %.
Статьи публикуются в авторской редакции. Ответственность за достоверность информации, точность фактов, цифр и цитат несут авторы. За наличие и содержание научно-технической рекламы ответственность несет главный редактор.
Позиция редакции может не совпадать с позицией автора. При перепечатке материалов ссылка на Издание обязательна.
Для опубликования в Издании принимаются научные статьи по результатам открытых научных исследований, научно-технических и конструкторско-технологических проблем создания, функционирования и эксплуатации вооружения и военной техники ВКС, а также подготовки военных специалистов и научно-педагогических кадров.
Вся необходимая для публикации в Издании информация размещена по адресу: http://www.academy-vvs.ru/editions/vks.
Издание выходит 4 раза в год, 1 раз в квартал. Прием материалов в очередной номер осуществляется:
- с 1 января по 20 февраля;
- с 1 апреля по 20 мая;
- с 1 июля по 20 августа;
- с 1 октября по 20 ноября.
КОМПЛЕКТ ДОКУМЕНТОВ ВКЛЮЧАЕТ:
1) заявление автора статьи с просьбой о ее публикации в Издании;
2) лицензионный договор о передаче права на публикацию (печатается на одном листе с двух сторон);
3) акт о передаче права на публикацию;
4) справка об авторе (ах);
5) заключение комиссии о возможности открытого опубликования статьи, утвержденное и заверенное печатью организации (плюс отсканированная копия в электронном виде);
6) материалы статьи.
Материалы статьи в электронном и в печатном видах (файл именуется по фамилии, имени и отчеству всех авторов, указанных в статье, например: Иванов А.Б., Петров В.Г., Сидоров Д.Е.).
Правила оформления статей публикуются в конце каждого номера Издания.
ВНИМАНИЕ!
Заявление автора статьи с просьбой о ее публикации в Издании, лицензионный договор о передаче права на публикацию, акт о передаче права на публикацию - заполняются от руки на распечатанных бланках редакции от имени автора / представителя авторского коллектива.
В случае если статья подготовлена несколькими авторами, то указывается автор, ответственный за переписку с редколлегией (в справке об авторе в разделе контактные телефоны пишется слово «ответственный»).
Авторы статей, работающие во внешних организациях, направляют на имя главного редактора Издания полный комплект документов (скан-копии заполненных документов) по электронной почте на адрес vva@mil.ru с указанием в разделе «Тема: Материалы в электронное периодическое издание «Воздушно-космические силы. Теория и практика». Одновременно рукопись и прилагаемые материалы высылаются на почтовый адрес: 394003, г. Воронеж, ул. Краснознаменная, 153; Кому: секретарю редакционной коллегии ЭПИ «Воздушно-космические силы. Теория и практика» Митрофанову Дмитрию Викторовичу.
Рекомендуется перед отправкой пакета документов связаться с редакцией Издания.
содержание
воинское обучение и воспитание, боевая подготовка, военная педагогика и психология, управление повседневной деятельностью войск
В.В. Пикалов, Д.М. Ганеев, М.С. Дорошенко, Н.В. Прилепина
Отбор кандидатов в учреждения и организации Министерства обороны с применением
технологий искусственного интеллекта.................................................................................... 8
V.V. Pikalov, D.M. Ganeev, M.S. Doroshenko, N.V. Prilepina
Selection of candidates for institutions and organizations of the Ministry of Defense using artificial intelligence technologie
военные системы управления, связи и навигации
М.П. Беляев, В.А. Уфаев, Г.А. Попов, С.В. Митрофанова
Принципы построения и алгоритмы функционирования многопозиционных авиационных
систем ближней радионавигации ............................................................................................ 18
M P. Belyaev, V.A. Ufaev, G.A. Popov, S.V. Mitrofanova
Construction principles and short-range radio navigation multi-position aviation systems functioning algorithms
радиоэлектронная борьба (способы и средства)
В.Д. Попело, П.Е. Кулешов
Пространственные параметры способа защиты оптико-электронных средств от функционального поражения лазерным излучением с использованием ложных оптических
целей........................................................................................................................................... 32
V.D. Popelo, PE. Kuleshov
Spatial parameters of a method for protecting optoelectronic devices from functional damage by laser radiation using false optical targets
Д.В. Холуенко, В.А. Анохин, И.И. Колесников
О необходимости согласования показателей эффективности и критериев дезорганизации
управления войсками и оружием противника ........................................................................ 44
D.V. Holuenko, V.A. Anohin, I.I. Kolesnikov
On the need to coordinate performance indicators and criteria for the enemy troops and weapons management disorganization
системы контроля и испытания вооружения и военной техники, военная метрология
А.Ю. Николаев, В.В. Шмелёв
Алгоритмы синтеза функционально-логических схем оперативной обработки
телеметрической информации космических средств ............................................................ 53
A.Y. Nikolaev, V.V. Shmelyov
Algorithms for the synthesis of functional and logical schemes for the space facilities telemetry information operational processing
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВООРУЖЕНИЯ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
А.А. Томилов, Е.В. Носов, А.Е. Ломовских, В.В. Новичихин
Способ повышения оперативности запуска дизельных двигателей военной автомобильной
техники на основе использования роторно-пульсационного аппарата................................ 71
A.A. Tomilov, E.V. Nosov, A.E. Lomovskih, V.V. Novichihin
Military vehicles starting diesel engines efficiency increasing method vehicles based on the use of a rotary pulsating machine
ВОЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА,
АППАРАТУРА КОМПЛЕКСОВ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
B.С. Калинин, А.А. Козирацкий, С.В. Силюнцев
Вероятностная модель процесса вхождения в связь между беспилотным летательным аппаратом и наземным пунктом управления при использовании одного активного
канала ......................................................................................................................................... 83
V.S. Kalinin, A.A. Koziratskiy, S.V. Silyuntsev
Probabilistic model of the entering process into communication between an unmanned aerial vehicle and a ground control point using one active channel
Ю.Л. Козирацкий, Д.В. Прохоров, А.А. Козирацкий
Исследование эффективности способа и алгоритма снижения влияния помех на функционирование матричного фотоприемника на основе оценочно-компенсационного
принципа .................................................................................................................................... 96
Y.L. Koziratskiy, D.V. Prohorov, A.A. Koziratskiy
Investigation of the method and algorithm effectiveness for reducing the interference influence on the matrix photodetector functioning based on the evaluation-compensation principle
М.Л. Паринов, Р.С. Нистратов, К.Я. Солайман
Исследование точностных характеристик определения пространственной линии положения источника излучения фазовым способом в условиях неопределенности
в местоположении элементов антенной системы пеленгатора .......................................... 110
M.L. Parinov, R.S. Nistratov, K.Y. Solayman
The radiation source determining direction accuracy research under conditions of uncertainty in the direction finder antenna system elements locatio
C.Н. Разиньков, А.В. Богословский, А.Б. Буслаев
Анализ эффективной площади рассеяния беспилотного радиоэлектронного комплекса
с применением системы электродинамического моделирования....................................... 124
S.N. Razinkov, A.V. Bogoslovskiy, A.B. Buslaev
Unmanned radio-electronic complex effective scattering area analysis using an electrodynamic modeling system
О.Э. Разинькова
Обоснование и регулирование рационального типажа техники радиоэлектронной разведки в интересах разведывательно-информационного обеспечения вооруженной борьбы в
воздушно-космической сфере ................................................................................................ 137
O.E. Razinkova
Justification and regulation of the electronic intelligence equipment rational type in the interest of intelligence and information support of armed fight in the aerospace spher
теория и методика профессионального образования
Е.И. Мещерякова, Н.А. Дедик, Р.Ю. Боброва
Военно-профессиональные компетенции: понятие и структура........................................ 149
E.I. Mescheryakova, N.A. Dedik, R.Y. Bobrova Military-professional competencies: concept and structure
А.В. Полуян, П.Н. Приходько, В.Б. Коченков, В.В. Федоров
Проблема продления профессионального долголетия военных авиационных специалистов:
опыт анализа ............................................................................................................................ 159
A.V. Poluyan, P.N. Prihodko, V.B. Kochenkov, V.V. Fedorov
The military aviation specialists professional longevity extending problem: analysis experience
Редакционная коллегия.................................................................................................179
правила оформления статей для авторов.............................................................188
УДК 355.252 ГРНТИ 78.19.05
ОТБОР КАНДИДАТОВ В УЧРЕЖДЕНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
В.В. ПИКАЛОВ, кандидат военных наук Д.М. ГАНЕЕВ М.С. ДОРОШЕНКО Н.В. ПРИЛЕПИНА
В целях повышения качества укомплектованности соединений и воинских частей личным составом авторским коллективом кафедры кадровой и организационно-мобилизационной работы ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж) разработано специальное программное обеспечение с технологией искусственного интеллекта, которое предназначено для автоматизированной обработки письменных материалов кандидатов. Данный программный продукт был успешно протестирован и использовался для графологического анализа рукописных материалов кандидатов, сопоставляя их с определенными признаками в почерке с известными характерологическими свойствами. Для написания программы использовался язык программирования «Phyton» в среде разработки «PyCharm» дистрибутива «Anaconda». Основу программы составляют алгоритмы, преобразующие визуальную информацию в понятный для персонального компьютера цифровой код. В результате обработки письменных материалов специалист кадрового органа получал выходные данные, необходимые для определения дальнейшего предназначения кандидатов на различные должности в учреждения и организации Министерства обороны Российской Федерации.
Ключевые слова: отбор, графология, система комплектования, нейросеть, искусственный интеллект, личностный анализ.
Введение. В современных условиях руководством Министерства обороны Российской Федерации (МО РФ) огромное внимание уделяется комплектованию соединений, воинских частей, учреждений и организаций высококвалифицированными военными кадрами, способными качественно выполнять стоящие перед ними задачи.
Мероприятия по отбору кандидатов, поступающих на военную службу по контракту в МО РФ, проводятся офицерами кадровых органов с привлечением специалистов пунктов отбора и работников военных комиссариатов. На первоначальном этапе решением соответствующих командиров и начальников создаются комиссии, в состав которых включаются специалисты, в обязанности которых входит определение степени профессиональной пригодности кандидатов для той или иной специальности.
Отмечается, что в процессе работы комиссии по отбору кандидатов офицеры кадровых органов, специалисты пунктов отбора и работники военных комиссариатов, как правило, отдают предпочтение консервативным методам отбора, минуя возможность пользования современных информационных технологий. В основном используют традиционные методы отбора, которые требуют значительных временных, человеческих и финансовых затрат.
Актуальность. Оснащение войск и сил МО РФ новыми образцами техники, стремительное развитие способов и форм выполнения боевых (учебно-боевых) задач,
появление новых методов их выполнения предъявляют особые требования к системе комплектования соединений, воинских частей, учреждений и организаций МО РФ личным составом. Усложнение военно-профессиональной деятельности всеми категориями военнослужащих в современных условиях обусловливает необходимость комплектовать вакантные должности, замещаемые военнослужащими, проходящими военную службу по контракту, наиболее подготовленными специалистами с возможностью их дальнейшего профессионального и личностного развития [1]. В этих целях принята Федеральная целевая программа по совершенствованию системы комплектования ВС РФ военнослужащими, поступающими на военную службу по контракту. Решающее значение для выполнения программы имеет постановка в строй морально и психически устойчивого военнослужащего, грамотного, готового к профессиональному росту и оперативному решению возникающих задач в любых условиях обстановки.
Процедура отбора кандидатов для поступления на военную службу по контракту выступает в качестве важнейшего элемента в системе комплектования ВС РФ военными кадрами. Она представляет собой комплекс элементов, находящихся в постоянном взаимодействии органов военного управления, соединений, объединений, воинских частей и организаций ВС РФ, пунктов отбора на военную службу по контракту, военных комиссариатов, а также инструментария и методик их выполнения.
Комплектование соединений и воинских частей личным составом представляет собой комплекс тесно связанных мероприятий, главной задачей которых является отбор кандидатов, желающих поступить на военную службу из числа граждан, ранее проходивших военную службу, и из числа военнослужащих по призыву. Комплектование соединений и воинских частей личным составом реализуется на основе как экстерриториального, так и территориального принципов, как из внешних, так и из внутренних источников. Их использование имеет свои специфические особенности, которые и определяют специфику процесса отбора кандидатов [1].
Современная теория управления человеческими ресурсами рассматривает отбор персонала как часть процесса найма, заключающаяся в выделении «микрогруппы» кандидатов на конкретную вакансию из общего числа людей, желающих составить конкуренцию на определенную должность. В свою очередь, процесс отбора кадров представляет собой систему мероприятий, обеспечивающую формирование состава кадров, который необходим организации, как в целом, так и по отдельно взятым элементам ее структурного состава [2].
Главной целью отбора является определение соответствия личностной и профессиональной пригодности кандидата требованиям конкретной воинской должности, на которую он претендует. В приоритете данную оценку требуется осуществлять в кратчайшие сроки, при этом используя наиболее точные и оправданные с экономической, юридической и этической точек зрения средств и методов. Кроме того, профессиональный отбор обязателен на первоначальной стадии подготовки граждан к прохождению военной службы - в период постановки их на первичный воинский учет.
Профессиональный психологический отбор есть один из видов профессионального отбора и представляет собой систему мероприятий, проводимых в целях достижения наивысшего качества укомплектованности должностей военнослужащими в воинской части. В его основе лежит обеспечение соответствия психологических, социально-психологических и психофизических черт граждан, поскольку эти качества профессионально важны и должны соответствовать требованиям военно-профессиональной деятельности призываемых или добровольно поступающих на военную службу [3]. Он выступает в качестве одного из видов профессионального отбора и является функциональной подсистемой отбора, а соответственно имеет индивидуальную нормативно-правовую базу, задачи, функции и специфику.
Методы оценки и отбора целесообразно выбирать в соответствии с их экономической обоснованностью, юридической допустимостью, этической приемлемостью, а также должны
применяться соответственно статусу вакантной должности, иерархии и целей отборочных мероприятий.
В целях определения наиболее оптимальных методов оценки и отбора персонала следует проклассифицировать их, после чего проанализировать их функциональные возможности. Существует большое количество литературы, где описываются самые разнообразные варианты систематизации, проведенные с использованием многих критериев, а выводы об их характеристиках, качествах и сферах применения заметно отличаются. При сравнительной оценке методов отбора и определения надежности выполнения ими специального функционала применяют три основных критерия.
Первый из них - объективность, являющаяся степенью, в которой конечный результат использования того или иного метода не зависит от должностного лица, осуществляющего отборочные мероприятия. В качестве второго выступает надежность (независимость от случая), которая определяется как степень повторяемости выявления и точного измерения одной и той же отличительной черты кандидата. Последним критерием является валидность или действительность метода. Она представляет собой гарантию того, что он действительно дает реальную оценку или подвергает измерению то, что нужно оценить или измерить. По мнению экспертов, валидность является самым проблемным и неоднозначным фактором.
К перечисленным элементам ключевых критериев оценивания методов отбора целесообразно отнести экономичность, достоверность и практичность. Экономичность дает понять количество необходимых затрат различных ресурсов, обусловленных практическим использованием конкретного метода: финансовых, материальных, временных, человеческих. Практичность метода обретает ценность, когда находит свое применение на практике при непосредственном осуществлении отбора. Оценка экономичности как раз и является частью анализа производственно-экономических затрат. Оценка практичности включает в себя затраты на проектирование или изыскание метода, затратность его осуществления, включая затраты времени для определения степени компетенции экспертов и их подготовки, организационные расходы, потребности в помещениях и материалах. Кроме того, включаются расходы на агитационные мероприятия и создание заинтересованности, если это необходимо, затраты на других сотрудников.
При проведении систематизации методов оценки и отбора, взятых из различных источников, выделены наиболее значимые и распространенные, в которых основным принципом группировки заложена специфика взаимодействия кандидата и специалиста по отбору в процессе конкурса. К ним относятся бесконтактные (пассивные), контактные (активные) и дискуссионные (нетрадиционные) методы. Бесконтактные методы отбора включают анализ заявительных документов (заявления, автобиографии и др.). Контактные методы предполагают проведение с кандидатами различных бесед, собеседований, тестирований, испытаний. К третьей группе нетрадиционных методов относятся методы оценки кандидата с использованием медицинской экспертизы, полиграфа, психометрии, оценки фотографии, жестикуляционной семиотики, анализ графологических документов кандидатов.
Специалисты, занимающиеся отбором персонала, практикуют систему оценки, которая может включать либо полный набор отборочных методик, либо отдельные из них. Для отдельных организаций они могут являться исчерпывающими или индивидуальными исходя из специфически требований, предъявляемых к данным должностям.
Для качественного отбора кандидатов целесообразно использовать графологический метод. Данный метод относится к одному из нетрадиционных методов отбора. Его особенностью является то, что любой человек при письме обладает индивидуальным почерком. Он принадлежит только ему. Почерк по своей уникальности сравним только с отпечатками его пальцев или цепочке ДНК, в нем закодированы многие личностные качества, которые обычно распознают специалисты. В состав таких качеств входят и те, которые отражают пригодность к определенному виду профессиональной деятельности [4].
К сожалению, в современной литературе вопросам графологии уделяется недостаточно внимания с точки зрения анализа почерка кандидата для использования его в дальнейшем на конкретной должности. Кроме издания Варинара, отдельных исследований и статей, описанных в различных популярных и научных изданиях доктора Попялковского и автора книги Зуева-Инсарова «Почерк и личность», материалов по этой тематике практически нет. Данное обстоятельство объясняется тем, что графологическое движение является достаточно новым. Однако, вопрос об этологическом (характерологическом) значении почерка становится и в нашей стране достаточно актуальным, переходя из специальных изданий на страницы общей печати, а необходимость научного изучения графологии безусловно своевременной, что подтверждается отзывами крупных научных авторитетов и должно вызвать своим практическим значением интерес широких масс [4].
Графологический метод подразумевает оценку ключевых критериев претендента: оценка личностного портрета (нрав, терпение, чувство самооценки, холодность и т.д.); оценка делового портрета (заинтересованность, активность, умение адаптироваться, выдержка, сообразительность, чувство ответственности и т.п.);
оценка деловых помех (нервозность, небрежность, высокомерие, агрессивность и пр.) [5]. Графологический метод является дополнительным элементом узкого отбора персонала, соответственно предоставляет возможность получить, по своей сути, уникальные и специфические сведения о любом кандидате. Такими данными не позволит овладеть ни один из существующих методов, поскольку они находятся за рамками психотипов. В качестве таких сведений могут выступать: качество и среда воспитания, влияние окружения, удовлетворенность, жизненная сила, невроз и т.п.
Специалисты по отбору нередко замечают, что на качество отбора негативно влияет субъективный фактор, который приводит к искажению выходных данных и снижению качества комплектования. Это обусловливается тем, что каждому кандидату, желающему поступить на ту или иную должность, свойственно стремление показать себя со значительно лучшей стороны, нежели он является на самом деле. Кандидат может, например, списать какой-либо тест, подготовиться к нему заранее или банально лгать при ответе на вопросы. Возможно, он будет волноваться в связи с прохождением отборочных мероприятий или находиться в некомфортной для него обстановке [5]. Графологический же метод исключает влияние подобных факторов на заключение специалиста по отбору, поскольку кандидат не сможет целенаправленно повлиять на движение своей руки во время привычного письма таким образом, чтобы заслужить положительного отзыва от специалиста-графолога.
В настоящее время широко практикуется применение специальных приборов, графически записывающие пульс и дыхание. Записанные данными приборами вздохи, выдохи, пульсовые волны передаются на самописцы.
Более сложное и трудно измеримое, однако естественное и однородное графическое отображение представляет собой и почерк человека, который является проекцией нашего сознания в форме определенного рода фиксированных движений.
Почерк человека обладает удобоподвижностью своими частями, отсюда сильно восприимчив к отображению тех особенностей, которые определяют воздействие на движение руки в ходе письма (письменный жест), мысли и чувства, зарождающиеся в человеческом мозгу. Реагируя всегда одинаково на внешние воздействия, человеческая психика в письме дает одинаковое выражение, представляющее свои определенные законы [5].
Графологический анализ открывает возможность при помощи исследования рукописных материалов человека (например, автобиографии, написанной от руки) выявлять множества черт личности человека. «Графологическая теория» рекомендует почерк человека, как его «лицо» внутреннего состояния. Отмечается, что в потенциале она может определить способность кандидата занять какую-либо специфическую должность или выполнять какие-либо специальные функции [6].
В процессе комплектования личным составом соединений, воинских частей и организаций ВС РФ командиры и начальники могут и не иметь в своем распоряжении графологических экспертов, однако достаточно успешно могут применять в подчиненных структурных подразделениях методику отбора кандидатов, с применением специально разработанного программного обеспечения для анализа графологических документов кандидатов с элементами искусственного интеллекта.
Данное программное обеспечение было разработано на основании Указа Президента Российской Федерации № 490 от 10 октября 2019 года «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации», в котором определена национальная стратегия развития искусственного интеллекта в РФ на период до 2030 года, сформулированы цели и основные задачи в области развития искусственного интеллекта в Российской Федерации, включая подготовку, обеспечение и проведение мероприятий, направленных на эксплуатацию подобных технологий в целях обеспечения национальных интересов и реализации стратегических национальных приоритетов, в том числе в области научно-технологического развития, а также в соответствии с Распоряжением Председателя Правительства РФ от 31 декабря 2020 года № 3684-р «Об утверждении Программы фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период», в котором определяются цели укрепления национальной безопасности Российской Федерации, возможности по достижению лидирующих позиций в области науки и устойчивого научно-технологического, социально-экономического и культурного развития.
Развитие искусственного интеллекта в РФ на период до 2030 года предполагает использовать искусственный интеллект для имитирования когнитивных функций человека и получать при решении задач результаты, сопоставимые с итогами интеллектуальной деятельности человека. В данном случае - предложение кандидату к поступлению на конкретную должность. В этих целях создан комплекс технологических решений, включающий информационно-коммуникационную инфраструктуру и программное обеспечение (в котором используются методы автоматического обучения), сервисы и процессы по обработке данных и выработке решений.
На сегодняшний день набирает обороты технология «нейронных сетей». Она проникает в привычные для нас области деятельности, предметы, электронные помощники и сервисы, например, основой для функции распознавания лица хозяина смартфоном является технология «Face-ID», а также данная технология применяется при выполнении интеллектуальной парковки автомобиля. С точки зрения программирования нейронная сеть представляет собой программу на основе искусственного интеллекта, за основу которой взят принцип организации биологических нейронных сетей, заимствованных у клеток живого организма [7].
Искусственная нейронная сеть (ИНС) - это значительных размеров распределенный процессор, который имеет в своем составе элементарные единицы информации, накапливая знания по проведенным экспериментам (своего рода - опыт) и сохраняя их для закономерной обработки. Отмечается ее схожесть с мозгом человека, а соответственно принадлежность к категории искусственного интеллекта. Это связано с тем, что данные доставляются в нейронную сеть из внешней среды и используются в процессе самообучения и для накопления знаний в области применения [8].
В настоящее время технологии нейронных сетей только начинают находить практическое применение в ВС РФ. Первые намеки на когнитивные функции у невоодушевленных машин проявляются в области развития вооружения.
Главной особенностью нейронных сетей, которая делает их уникальными, является способность к своему роду «мышлению», «прогнозированию». Эти и многие другие процессы технология реализует благодаря способности записывать случившиеся события, учитывать все, что способствовало этому событию, каков был итог, а главное - предполагать и просчитывать, как можно повлиять на тот или иной процесс. Алгоритм работы нейросети сравнивают с тем,
как новорожденный младенец познает открывшийся ему мир. Он называется алгоритмом обучения [9]. Применение нейронных сетей имеет огромный потенциал, в том числе и в области комплектования ВС РФ личным составом. Она значительно увеличит рациональность и качество работы при отборе персонала и сократит временные, человеческие и финансовые ресурсы. В целях совершенствования деятельности должностных лиц, занимающихся отбором и наймом персонала в соединения, воинские части и учреждения ВС РФ, на кафедре кадровой и организационно-мобилизационной работы ВУНЦ ВВС «ВВА» проведена работа по созданию специального программного продукта для анализа графологических документов кандидатов с использованием элементов искусственного интеллекта.
Новым в деятельности специалистов кадровых органов по отбору кандидатов является использование возможностей искусственного интеллекта, обеспечивающего поддержку принятия кадровых решений. Результаты проведенного исследования дополняют теоретические положения современной НК-аналитики в области оценки и отбора кандидатов. Практическая значимость исследования обусловлена повышением качества мероприятий по отбору кандидатов, достигаемого за счет применения разработанного прикладного программного обеспечения и не требующего привлечения специалистов-графологов.
Его основу составляет прикладной программный продукт «Графолог 34+», который
производит анализ почерка кандидата и предлагает наиболее оптимальные направления его дальнейшего использования. Данный программный продукт был успешно протестирован и показал свою эффективность. Программа при анализе графических материалов кандидатов сопоставляет с определенными признаками в его почерке с ранее известными характерологическими свойствами. В итоге для специалиста кадрового органа получаются выходные данные для анализа и принятия решения по дальнейшему предназначению кандидатов.
Использование разработанного программного продукта позволяет должностным лицам, осуществляющим отбор личного состава с применением графологического метода, получить дополнительные сведения о кандидатах, не привлекая к данной деятельности специалистов графологов и не обладая способностью проведения графологической экспертизы почерков, видов строк и букв, наклона букв, методикой анализа росписи. Применение технологий нейронной сети позволяет повысить качество отбора персонала в организацию за счет внедрения элементов искусственного интеллекта. Программа «Графолог 34+» существенно упрощает процесс сбора и обработки информации, исключает влияние человеческого фактора при проведении экспертизы рукописных материалов кандидатов. Внедрение в существующее программное обеспечение технологии искусственного интеллекта позволит до максимума автоматизировать процесс, повысить эффективность отбора и исключить возможности ошибок, которые могут негативно повлиять на всю дальнейшую жизнь как человека, так и организации.
Чтобы человек не участвовал в процессе анализа почерка, его орган восприятия - глаза должны быть заменены на машинный аналог, в качестве которого выступает давно ставший необходимым в повседневной деятельности любой организации сканнер. Для осуществления анализа необходимо преобразовать визуальную информацию в понятный для электронной вычислительной машины (персонального компьютера) цифровой код. Справиться с этой задачей поможет технология искусственного интеллекта.
Для «перевода» каллиграфического портрета кандидата в заключение графологической экспертизы предлагается использовать принцип нейронных сетей с параметрической моделью обучения с учителем. Она представляет собой программное решение, имеющее конкретное установленное число регуляторов. При повторе регуляторов происходит «самообучение» на основе сопоставления предыдущих результатов. Для полноценного и продуктивного функционирования этой системы необходима особая база данных, которая позволит специальным образом систематизировать и сопоставлять информацию. Ее роль поручена базе данных «MNIST», автором которой является специалист в области нейронных сетей Ян Лекун. Она давно опубликована в сети Интернет и доступна для скачивания всем желающим пользователям. База данных является стартовым набором изображений вручную написанных цифр. Являясь тренировочным, он содержит в себе 60000 образцов, которым присвоен индивидуальный типовой номер. Он используется для «тренировки» нейронной сети путем сканирования изображений 28 на 28 пикселей, что позволяет распознавать новые образцы
рукописных букв, цифр, символов и впоследствии даже росписей с вероятностью успеха, превышающей 96 %.
В качестве языка программирования использовался «Phyton» в среде разработки «PyCharm» дистрибутива «Anaconda». Для продуктивной работы сети ее обучение происходило путем анализа множества изображений рукописных материалов и их копий, наклоняющихся на 10 градусов поочередно по часовой стрелке и против нее соответственно. Библиотека «Numpy», так же доступная для скачивания пользователями сети Интернет, применялась для работы с массивами данных. Другая библиотека, под названием «Scipy», позволила использовать функции сигмоиды, а также обеспечила автоматизацию процесса поворота изображений для самообучения программы [10].
После считывания сканнером изображения, программа с помощью нейронной сети распознает в тексте, предложениях, словах, буквах или росписи различные характеристики, принадлежащие тому или иному кандидату, который предоставил просканированные материалы. В программе заложено множество таких характеристик, поскольку именно на их основе формируется массив, в который заносятся данные, представляющие собой в процентном значении сведения каждого признака в почерке испытуемого. Базовыми характеристиками для проведения графологического анализа письменных материалов являются: высота и ширина букв и строк, нажим, наклон, углы и дуги в почерке, механизированность подписи, фигурация слов, росчерк и подпись и многие другие.
По заполнению массив систематизирует имеющиеся данные с перечнем заложенных в программу потенциальных должностей, которые впоследствии будут предложены кандидату, как наиболее подходящие для его качеств. Такими должностями могут быть: командные (начальник радиостанции, начальник радиолокационной станции, начальник радиорелейной станции, начальник телефонной станции, начальник телеграфной станции, старшина роты и т.п.); операторские (оператор средств технического контроля, оператор систем и комплексов радиосвязи, оператор средств разведки, планшетист, радиозондист, радиометрист, радист, радист-кодировщик, разведчик инструментальных средств разведки, снайпер, специалист торпедных и ракетных катеров, телемеханик-автоматик, топогеодезист, топогеодезист-вычислитель, фотограмметрист, химик, электрик и т.п.); начальник радиостанции, начальник пункта, начальник радиорелейной станции, начальник телеграфной станции, начальник телефонной станции, оператор видеосвязи, оператор радиоперехвата и пленгования, оператор систем и комплексов радиосвязи, радист и т.п.); водительские (водитель скрепера, водитель грейдера, водитель трактора, машинист тепловоза, инструктор по вождению, механик-водитель БМ, механик-водитель САУ, механик-водитель БМП, помощник машиниста тепловоза и т.п.); специального назначения (огнеметчик, номер расчета подразделения охраны РВСН, пожарный спасатель, разведчик-наблюдатель, пулеметчик, сапер, укладчик парашютов; специалист специальной службы и т.п.); технологические (механик телефонной ЗАС, механик телеграфной ЗАС, механик телеграфной аппаратуры, механик, другие механики, механик телеграфной ВП и ЗАС радиосвязи, минер, моторист, монтажник, моторист-электрик, наводчик пусковой установки, начальник поста, оператор средств технического контроля, начальник пункта, начальник кислородно-зарядной станции, оператор электротехнических средств заграждений и сигнализации, сапер, специалист систем регенерации воздуха, специалист полевого водоснабжения, специалист электротехнических средств заграждений и сигнализации, специалист санитарной обработки личного состава, специалист торпедных и ракетных катеров и т.п.).
Специальное программное обеспечение с технологией искусственного интеллекта для обработки графологических материалов кандидатов, поступающих на военную службу, построено с открытой архитектурой и непрерывно совершенствуется, дополняется все новыми и новыми характерологическими признаками человека и его почерка. Это позволяет совершенствовать ее возможности в геометрической прогрессии, поскольку программа
«самообучаема» и с каждым циклом становится точнее в своих измерениях. Список потенциальных должностей, подлежащих комплектованию военнослужащими по контракту, также пополняется, соответственно и дополняются признаки, свидетельствующие о предрасположенности человека к данному виду деятельности.
Данное программное обеспечение одновременно может быть установлено как на операционную систему Windows, так и Linux, что важно в связи с предстоящим использованием в ВС РФ только национальных операционных систем.
Выводы. Использование разработанного программного обеспечения с технологией искусственного интеллекта в деятельности специалистов кадровых органов позволяет более качественно осуществлять мероприятия по комплектованию соединений и воинских частей личным составом. Автоматизация процесса обработки графологических материалов кандидатов, поступающих на военную службу, существенно снижает физические и экономические затраты, позволяет практически исключить ошибки, связанные с человеческим фактором при определении дальнейшего предназначения кандидатов на различные должности в учреждения и организации Министерства обороны Российской Федерации.
Следует отметить, что концепция нейронной сети, способной по почерку человека определить склонность к тому или иному виду деятельности, выступает в качестве дополнения к узким методам отбора претендентов. Она помогает насытить психотип кандидата дополнительной и специфической информацией, необходимой специалистам кадровых органов при осуществлении мероприятий по отбору персонала на вакантные должности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пикалов В.В. Совершенствование отбора кандидатов для замещения вакантных должностей в организации / В.В. Пикалов, В.В. Лазукин, И.Д. Семикин // Сб. ст. по материалам VII Научно-практической конференции «Молодежные чтения, посвященные памяти Ю.А. Гагарина» (13 мая 2019 г.). Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2020. С. 93-96.
2. Ганеев Д.М., Пикалов В.В. Отбор персонала с использованием информационных технологий / Д.М. Ганеев, В.В. Пикалов // Инженерно-аэродромное обеспечение полетов авиации: сб. ст. по материалам VIII Научно-практической конференции «Молодежные чтения, посвященные памяти Ю.А. Гагарина» (18-20 мая 2021 г.). Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2021. 232 с.
3. Приказ Министра обороны РФ от 31 октября 2019 г. № 640 «Об утверждении Инструкции об организации и проведении профессионального психологического отбора в Вооруженных силах Российской Федерации».
4. Зуев-Инсаров Д.М. Почерк и личность. К.: Перлит продакшн, ЛТД. 1992. 96 с.
5. Фармагей А.И. Графология как наука и не только. Киев: Ника-Центр, 2007. 120 с.
6. Пикалов В.В. Использование графологического метода для отбора персонала в организацию / В.В. Пикалов, С.Н. Смеянов, И.Д. Семикин // Международный научный журнал «Символ науки». Уфа: ОМЕГА САЙНС, 2020. № 5. С. 189-191.
7. Хайкин Саймон. Нейронные сети: полный курс, 2-е издание: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. 1106 с.
8. Траск Эндрю. Грокаем глубокое обучение. СПб.: Питер, 2019. 352 с.
9. Николенко С., Кадурин А., Архангельская Е. Глубокое обучение. СПб.: Питер, 2018. 480 с.
10. Аггарвал Чару. Нейронные сети и глубокое обучение: учебный курс: Пер. с англ. СПб.: ООО «Диалектика», 2020. 752 с.
REFERENCES
1.Pikalov V.V. Sovershenstvovanie otbora kandidatov dlya zamescheniya vakantnyh dolzhnostej v organizacii / V.V. Pikalov, V.V. Lazukin, I.D. Semikin // Sb. st. po materialam VII
Nauchno-prakticheskoj konferencii «Molodezhnye chteniya, posvyaschennye pamyati Yu.A. Gagarina» (13 maya 2019 g.). Voronezh: VUNC VVS «VVA», 2020. pp. 93-96.
2. Ganeev D.M., Pikalov V.V. Otbor personala s ispol'zovaniem informacionnyh tehnologij / D.M. Ganeev, V.V. Pikalov // Inzhenerno-a erodromnoe obespechenie poletov aviacii: sb. st. po materialam VIII Nauchno-prakticheskoj konferencii «Molodezhnye chteniya, posvyaschennye pamyati Yu.A. Gagarina» (18-20 maya 2021 g.). Voronezh: VUNC VVS «VVA», 2021. 232 p.
3. Prikaz Ministra oborony RF ot 31 oktyabrya 2019 g. № 640 «Ob utverzhdenii Instrukcii ob organizacii i provedenii professional'nogo psihologicheskogo otbora v Vooruzhennyh silah Rossijskoj Federacii».
4. Zuev-Insarov D.M. Pocherk i lichnost'. K.: Perlit prodakshn, LTD. 1992. 96 p.
5. Farmagej A.I. Grafologiya kak nauka i ne tol'ko. Kiev: Nika-Centr, 2007. 120 p.
6. Pikalov V.V. Ispol'zovanie grafologicheskogo metoda dlya otbora personala v organizaciyu / V.V. Pikalov, S.N. Smeyanov, I.D. Semikin // Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal «Simvol nauki». Ufa: OMEGA SAJNS, 2020. № 5. pp. 189-191.
7. Hajkin Sajmon. Nejronnye seti: polnyj kurs, 2-e izdanie: Per. s angl. M.: Izdatel'skij dom «Vil'yams», 2006. 1106 p.
8. Trask 'Endryu. Grokaem glubokoe obuchenie. SPb.: Piter, 2019. 352 p.
9. Nikolenko S., Kadurin A., Arhangel'skaya E. Glubokoe obuchenie. SPb.: Piter, 2018. 480 p.
10. Aggarval Charu. Nejronnye seti i glubokoe obuchenie: uchebnyj kurs: Per. s angl. SPb.: OOO «Dialektika», 2020. 752 p.
© Пикалов В.В., Ганеев Д.М., Дорошенко М.С., Прилепина Н.В., 2022
UDK 355.252 GRNTI 78.19.05
SELECTION OF CANDIDATES FOR INSTITUTIONS AND ORGANIZATIONS OF THE MINISTRY OF DEFENSE USING ARTIFICIAL INTELLIGENCE TECHNOLOGIES
V.V. PIKALOV, Candidate of Military Sciences D.M. GANEEV M.S. DOROSHENKO N.V. PRILEPINA
In order to improve the quality of staffing of formations and military units with personnel, the author's team of departments personnel and organizational and mobilization work of the MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh) has developed special software with artificial intelligence technology, which is designed for automated processing of written materials of candidates. This software product has been successfully tested and used for graphological analysis of handwritten materials of candidates comparing them with certain features in handwriting with known characterological properties. To write the program, the programming language «Phyton» was used in the «PyCharm» development environment of the «Anaconda» distribution. The program is based on algorithms that convert visual information into a digital code understandable for a personal computer. As a result of processing written materials, the specialist of the personnel body received the output data necessary to determine the further destination of candidates for various positions in institutions and organizations of the Ministry of Defense of the Russian Federation.
Keywords: selection, graphology, recruitment system, neural network, artificial intelligence, personality analysis.
УДК 621.396.96 ГРНТИ 47.49.00
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И АЛГОРИТМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ БЛИЖНЕЙ РАДИОНАВИГАЦИИ
М.П. БЕЛЯЕВ, кандидат технических наук
B.А. УФАЕВ, доктор технических наук, старший научный сотрудник Г.А. ПОПОВ, кандидат технических наук
C.В. МИТРОФАНОВА
Изложены принципы построения и алгоритмы функционирования многопозиционных авиационных систем ближней радионавигации, построенных по принципам глобальной спутниковой радионавигации, но с расположением радионавигационных пунктов на земной поверхности в окрестности аэродрома. В состав систем дополнительно введены бортовой радиовысотомер, бортовой запросчик и наземный ретранслятор, территориально совмещенный с одним из радионавигационных пунктов. Приведены временные диаграммы функционирования системы, иллюстрирующие возможность обеспечения операции запроса-ретрансляции на одной частоте для совокупности сотни летательных аппаратов по принципу временного разделения каналов. Методом наименьших квадратов, как положение минимума по неизвестным навигационным параметрам суммы квадратов разности измеренных и истинных значений навигационных параметров с весом обратно пропорциональным дисперсии измерений, получены формулы расчета координат и вектора скорости полета летательного аппарата по навигационным параметрам. При полной неопределенности о местоположении летательного аппарата определение местоположения выполнено путем решения системы уравнений взаимосвязи в алгебраической форме. Приведены алгоритмы уточнения оценок координат методом линеаризации функции наклонной дальности в окрестности первичной оценки путем разложения в ряд Тейлора с удержанием трех членов, затем решением системы уравнений взаимосвязи и получением уточненных оценок также в алгебраической форме, а также методика и результаты моделирования с оценкой точности навигационных определений в ближней и дальней зоне. Даны предложения по дальнейшему развитию систем.
Ключевые слова: многопозиционная авиационная система ближней радионавигации, летно-подъемное средство, принципы построения, алгоритмы функционирования, радионавигационный пункт, уравнения взаимосвязи, координаты, вектор скорости, радионавигационные параметры, навигационные параметры, ближняя и дальняя зона.
Введение. Авиационные системы ближней радионавигации рассчитаны [1] на дальность действия до 350-450 км. Современные варианты систем типа РСБН-4 являются комплексными системами, призваны обеспечивать решение задач по взлету летательных аппаратов, наведению в заданный пункт, возврату, заходу на посадку и посадке на аэродром. Это сложные радиотехнические комплексы, состоящие из наземного и бортового оборудования, развитие которых с 50-х годов прошлого века идет по основному принципу преемственности.
Значительная часть как бортового, так и наземного оборудования, радиомаяки: глиссадный, курсовой, дальнего и ближнего привода, соответствующие бортовые приемники и измерители,
используется для решения только одной частной, хотя и важной задачи, посадки самолета. В обеспечение функционирования системы привлекается значительный энергетический и частотный ресурс, преимущественно в дециметровом диапазоне волн. Высокопотенциальные излучения радиомаяков, расположенных вблизи аэродрома, демаскируют его местоположение.
Актуальность. Указанные недостатки определяют необходимость дальнейшего совершенствования. Альтернативой существующей системе авиационной ближней радионавигации, или первоначально дополняющей ее, может быть многопозиционная система, построенная по принципу глобальной спутниковой радионавигации [2], но с размещением радионавигационных пунктов на земной поверхности, например, в окрестности аэродрома. В известных авторам источниках возможности такого принципа не рассматривались, что определяет актуальность соответствующего исследования.
Цель статьи - обоснование принципов построения и функционирования многопозиционной авиационной системы ближней радионавигации с размещением радионавигационных пунктов на земной поверхности.
Как и в [2], задача такой системы - высокоточное определение координат и вектора скорости летательного аппарата в реальном масштабе времени относительно динамики процессов наведения.
В самом общем виде решение задачи выполняется псевдодальномерно-доплеровским способом, который включает формирование радионавигационного поля путем синхронного излучения широкополосных периодических радиосигналов с заданным дальномерным кодом по меньшей мере тремя пространственно разнесенными радионавигационными пунктами с известными координатами, прием радиосигналов с помощью бортового навигационного приемника, по заданному дальномерному коду разделение принятых сигналов, измерение радионавигационных параметров: моментов прихода и частоты радиосигналов, с учетом неопределенности этих параметров, определение навигационных параметров: псевдодальностей и псевдорадиальных скоростей, определение по навигационным параметрам координат и вектора скорости летательного аппарата.
Применительно к наземному варианту системы учтем следующие особенности:
1) В зоне действия системы должно выполняться условие наличия прямой видимости до всех навигационных пунктов. Тогда максимальный радиус системы с расположением навигационных пунктов по вершинам правильного треугольника при дальности прямой видимости 500 км не должен превышать 50.. .150 км.
2) Вследствие геометрического фактора рабочая зона системы наземных радионавигационных пунктов, как область пространства, где обеспечивается заданная точность определения координат ограничена примерно радиусом системы [3]. Это не позволяет решать задачу ближней радионавигации за ее пределами, в дальней зоне, до дальности прямой видимости.
3) В дальней зоне поле рассеяния засечек координат представляет собой сильно вытянутый эллипс по линии «летательный аппарат - центр системы», вблизи границы прямой видимости переходящий в линию пеленга. Упрощенно говоря, реализуется высокоточное измерение азимута на центр системы, но при существенной неопределенности дальности. Аналогичен характер рассеяния оценок скорости полета летательного аппарата.
4) Вследствие распространения радиоволн до летательного аппарата при малых углах места требуемая точность измерений высоты полета по формируемому наземной системой радионавигационному полю не достигается.
Следствием пункта 4 является необходимость дополнительного измерения высоты полета, например, бортовым радиовысотомером.
Ограничения по пунктам 2, 3 предлагается преодолеть комбинированным способом, дополнительным измерением и учетом при расчетах координат и вектора скорости полета наклонной дальности и радиальной скорости с помощью бортового запросчика и наземного
ретранслятора, территориально совмещенного с одним из радионавигационных пунктов. Применение запросного метода обусловлено трудностями синхронизации наземных и бортовых тактовых генераторов в отсутствии внешней высокоточной системы единого времени. В результате приходим к структуре системы (рисунок 1).
//////////
Рисунок 1 - Структурная схема многопозиционной авиационной системы ближней радионавигации
Бортовой радиовысотомер 7 является штатным средством летательного аппарата, выполняет зондирование земной поверхности и по задержке отраженного сигнала измеряется высота полета. По разности измерений за заданный промежуток времени определяется скорость изменения высоты.
Ретранслятор 12 и пункт синхронизации 9 территориально совмещены с одним из радионавигационных пунктов, центральным, например 1.1. В наиболее удаленный от центрального пункта радионавигационный пункт 1.3 синхросигналы от опорного генератора 10 пункта синхронизации 9 поступают без дополнительной задержки. Для варианта системы в виде равностороннего треугольника на все периферийные пункты 1.2, 1.3 устанавливается нулевая задержка. Передача синхросигналов от опорного генератора 10 пункта синхронизации 9 в радионавигационные пункты 1.1-1.3 может осуществляться по радиоканалу или, например, по волоконно-оптическим линиям связи. Погрешности синхронизации не должны превышать сотые доли микросекунды.
Радионавигационными пунктами 1.1-1.3 формируется радионавигационное поле путем синхронного излучения широкополосных периодических радиосигналов с заданным дальномерным кодом. Эти пункты представляют собой сильно упрощенный вариант бортового спутникового источника радионавигационных сигналов системы ГЛОНАС. Принятые в этой системе принципы и параметры сигналов применимы и в нашем случае: диапазон частот 960-1215, выделенный согласно международному регламенту радиосвязи в обеспечение воздушной радионавигации [4], частотное разделение радионавигационных каналов, период излучения 1 мс, длительность элементарного импульса 2 мкс, база 511, двоичная фазовая модуляция (ФМ-2). Наряду с вариантом частотного разделения каналов возможен принцип кодового разделения, принятый в системе GPS.
Навигационный приемник 4 есть сильно упрощенная копия аппаратуры потребителя указанной спутниковой системы.
Измерением радионавигационных параметров по заданному дальномерному коду снижаются погрешности, вызванные интерференцией прямого и отраженных от местных предметов лучей. При соответствующем разрешении в этом случае фиксируется нужный момент прихода первого пришедшего, прямого луча. Для альтернативного метода с измерением задержки между принятыми сигналами без привлечения информации о дальномерном коде, по максимуму функции взаимной корреляции, положение максимума относительно истинного значения существенно искажается.
В канале запросчик-ретранслятор применимы указанные параметры сигналов, но со следующими особенностями. Запрос осуществляется радиосигналами по-прежнему длительностью 1 мс, но с заданным дальномерным кодом запросчика для обеспечения совместного измерения запаздывания и частотного сдвига со снятием неопределенности точки отсчета, присущей наклонным псевдодальностям и псевдорадиальным скоростям.
Применением широкополосных радиосигналов пропорционально указанной базе 511 снижается потребная в системе импульсная мощность излучения, например, с принятой в РСБН-4 для бортового запросчика 500 Вт до 10 Вт, наземного ретранслятора с 30 КВт до 60 Вт.
При получении от запросчика 6 сигнала в ретрансляторе 12 фиксируют момент прихода запроса (сигнала), выполняют опознавание принадлежности и по окончании переизлучают (ретранслируют) с последующим измерением в запросчике радионавигационных параметров, запаздывания и частотного доплеровского сдвига ретранслированного радиосигнала относительно излученного (запросного). Затем определяют, умножением соответственно на скорость света и длину волны, навигационные параметры: наклонную дальность и радиальную скорость до пункта ретрансляции.
Бортовым запросчиком излучают радиосигнал в заданный для каждого летательного аппарата момент времени. При этом должно выполняться условие отсутствия на интервале времени от момента начала излучения радиосигнала до завершения приема ретранслированного радиосигнала излучений запросчиков других летательных аппаратов. В обеспечение указанного бортовой опорный генератор 8 синхронизируют с опорным генератором 10 наземного пункта синхронизации 9.
Временные диаграммы функционирования системы (рисунок 2) иллюстрируют возможность обеспечения операции запроса-ретрансляции на одной частоте для совокупности 100 летательных аппаратов по принципу временного разделения каналов.
На эпюре а) показана тактовая периодическая последовательность импульсов синхронизации наземного 10 опорного генератора с периодом 1 мс.
На эпюре б) показаны циклы и кадр функционирования системы.
Цикл длительностью 6 мс включает: з1 - интервал времени излучения сигнала запроса запросчиком 6 первого летательного аппарата, далее пропуск на время распространения до ретранслятора 12 из расчета на максимальную дальность 300 км, п1 - прием запроса
ретранслятором, р1 - ретрансляция первого запросного сигнала, далее пропуск на время обратного пути, П1 - прием ответного сигнала запросчиком 6.
Во втором цикле выполняется запрос вторым летательным аппаратом и т.д. в течение кадра 0,6 с. Затем процесс циклически повторяется.
Возможен вариант реализации с ретрансляцией на частоте отличной от частоты приема. Тогда длительность цикла и кадра сокращается вдвое.
а)
1 мс| I
Н I
б)
з1
Тактовые импульсы
-Цикл, 6 мс-
Кадр, 0,6 с
п1 р1 П1 з2 п2 р2 П2 з3
з1
п 1
р1
Рисунок 2 - Временные диаграммы функционирования системы навигации
Требования к погрешности синхронизации по диаграммам (рисунок 2) - порядка десятков-сотен мкс, что существенно проще выполнимо по сравнению с аналогичными требованиями при формировании радионавигационного поля - порядка сотых долей мкс.
Последующий принцип функционирования системы ближней радионавигации состоит в следующем.
С помощью бортового радиовысотомера 7 измеряют высоту полета летательного аппарата над земной поверхностью и скорость ее изменения:
г = г.
г Г •
(1) (2)
В уравнениях взаимосвязи (1), (2) и далее измерения и оценки отмечены скобкой над соответствующими навигационными параметрами.
Опорным генератором 10 пункта синхронизации 9 формируют периодическую последовательность импульсов синхронизации. Эти импульсы задерживаются в элементах задержки 1 1.1 -11.2 с обеспечением одновременного поступления в радионавигационные пункты 1.1-1.3.
В радионавигационных пунктах по импульсам синхронизации формируют и синхронно, одновременно излучают широкополосные периодические радиосигналы с заданным дальномерным кодом.
С помощью антенны 3 и бортового навигационного приемника 4 из состава бортового радиотехнического оборудования 2 летательного аппарата осуществляют прием излученных радиосигналов и их разделение.
Принятые сигналы различаются запаздыванием и доплеровским сдвигом частоты, определяемым скоростью и направлением полета, взаимным положением летательного аппарата и радионавигационных пунктов.
t
t
По заданному дальномерному коду измеряют радионавигационные параметры: моменты прихода и несущую частоту принятых радиосигналов, и определяют навигационные параметры: псевдодальность Е)п и псевдорадиальную скорость Уи, где п = 0,...,Ы — \ - номер радионавигационного пункта при общем количестве N > 3 .
Для навигационных измерений псевдодальности и псевдорадиальной скорости известны [2] уравнения взаимосвязи:
¡X = А, + 1У.
(3)
у„ = V,+у.
(4)
где D', V' - неопределенность точки отсчета дальности и радиальной скорости.
Неопределенность точки отсчета дальности обусловлена отсутствием высокоточной синхронизации моментов наземного излучения и бортового приема, а радиальной скорости -нестабильностью частоты генераторов при излучении и приеме.
Для упрощения записи не указаны зависимости истинных значений Dn от высоты г и
горизонтальных координат х, у, а зависимости истинных значений параметра Уп не указываются
дополнительно от составляющих вектора скорости полета в вертикальной У2 и горизонтальной
Ух, Уу плоскости.
х; у
Составляющие вектора скорости взаимосвязаны с параметрами траектории полета, курсом (путевым углом) ху и углом наклона траектории ф
Ух = V ■ ооъф- БШ^, V = V • СОБф- СОБ^, У2 = V • Бтф,
(5)
где V - модуль линейной скорости полета.
Отсчет положительных значений курса выполняется по часовой стрелке от оси ординат, а угла наклона траектории от горизонтальной плоскости вверх.
Истинные значения наклонной дальности и радиальной скорости равны:
Бя = ((х-Хя)2 +(у -У„)2 +(г -2„)2)1/2,
(6)
V = а • V + Ь • V + с • V ,
п п х п у п г 5
(7)
х - X 7 у - У г - 2
где ап =—-—п, Ьп =—, сп =—, Хп, Уп, 2п - координаты радионавигационных пунктов.
"п Б ' п
п
Б.
Б.
С помощью бортового запросчика 6 и ретранслятора 12 измеряют наклонную дальность до центрального радионавигационного пункта и одновременно радиальную скорость с уравнениями взаимосвязи:
А>=А»
(8)
V =¥
у о ' о •
(9)
С учетом измеренной высоты (1), наклонной дальности (8) и псевдодальности (3) определяют, дополнительно к измеренной высоте полета, горизонтальные координаты,
Э1
и
например, методом наименьших квадратов, как положение минимума по неизвестным навигационным параметрам суммы квадратов разности измеренных и истинных значений навигационных параметров с весом обратно пропорциональным дисперсии измерений
(
(х,у) = И£ ПИП
4 ' {х,у,и)
(4-аи)2 ¿(МА^+ЛОГ
(10)
2 2 " I
где о1 , о2 - дисперсия измерений наклонной и псевдодальности; \г=г - операция замены в
функции слева истинного значения высоты измеренным параметром.
При минимизации по формуле (10) требуется привлечение численных методов. При полной неопределенности о местоположении летательного аппарата на основе работы [5] определение местоположения обеспечивается решением системы уравнений взаимосвязи (3) в алгебраической форме
к = а • Ь +
(х Л
0
V
V 0 У
(11)
где к =
УУ)
вектор оценок горизонтальных координат;
ат, 0
т+1'
Ът=Х1+1+У11+11+1-М)1-2^-1т+1-2-М)т-В0, т = 0,...,К-2- М)т = 1)т,-1)(] - разность
дальностей, волнистая черта над величиной - операция центрирования, вычитания из исходной величины соответствующего значения координаты центрального радионавигационного пункта;
ах=(ат • а) • ат - операция псевдообращения матрицы; Т - знак транспонирования;
-1 - операция обращения матрицы.
Необходимость привлечения операции псевдообращения матрицы обусловлена переопределенностью системы исходных уравнений, когда число неизвестных меньше числа уравнений. Данная операция выполняется в соответствии с рекомендацией в книге [6].
В соответствии с формулой (11) определение координат выполняют по разности псевдодальностей относительно центрального пункта, а учет измеренной наклонной дальности (8) в комбинированном способе выполняют, в отличии от [5], заменой ее неизвестного значения на измеренное. Дисперсии измерений <о2, о\ не учитываются, что сопровождается некоторыми
потерями потенциальной точности.
Уточнение оценок координат (11) достигается линеаризацией функции наклонной дальности (6) в окрестности х,у путем разложения в ряд Тейлора с удержанием трех членов, затем решением системы уравнений взаимосвязи (3), (8) и получением уточненных оценок также в алгебраической форме
K = А • В,
(12)
где к =
У
V у
А _ ао |о
АЫ ,0 = 2
- вектор уточненных оценок координат; Ап 0 = ■
а.
п 0
О
АпД =
п 0
О
АЛГ 1 =
^0 0
А,2 = 0,
В =■
й-п.
+ %-ап\о+Уо
я-а
О
Ап,2 = 2 ,
О
+ ^о' ао о У О ' о
0
2
2
Э1
и
|0 - операция замены в функции слева неизвестных величин их оценочными значениями
х = 5с,у = у, г = г.
И в формуле (12) исходными являются разности псевдодальностей, а учет наклонной дальности выполняют с весом пропорциональным дисперсии, дополнительно оценивают неопределенность псевдодальностей.
Далее в процессе полета для сокращения количества расчетных операций целесообразен переход в режим слежения, когда расчет по формуле (11) не выполняют, а в качестве оценочных (опорных) значений горизонтальных координат в формуле (12) при выполнении операции замены 10 используют результат предыдущего измерения.
По полученным координатам (10) или (12) решением системы линейных уравнений взаимосвязи (4), (9) с учетом измеренной высоты, скорости ее изменения, дисперсии измерений радиальной и псевдорадиальной скорости определяют вектор скорости полета в горизонтальной плоскости
W = А1 ■ В1
(13)
где W =
ь
г
- вектор оценок составляющих вектора скорости; А1п 0 =
а„
о
А1п,1 =-
о
А1п,2 =
°4
А1кг п = '
ап
А1лг 1 = '
АК„ = 0.
т =К~Сп\о-К
О
Л* =
К-Ъо-К
г - 2_
сп =■
Д
- операция замены в функции слева неизвестных величин их оценками
^ 2 2
х = х, у = у, г = г ; сг3, сг4 - дисперсия измерении радиальнои и псевдорадиальнои скорости.
В отсутствии измерений наклонной дальности Д, и радиальной скорости К0, дисперсии о12 = , <Гз = да. Соответствующие компоненты в формулах (12), (13) обращаются в ноль с переходом к псевдодальномерно-доплеровскому методу навигационных определений.
Полученные координаты х, V, составляющие вектора скорости в горизонтальной плоскости
Ух,Уу с выхода навигационного приемника 4, а также измеренная высота г и скорость ее изменения V, поступают в пилотажно-навигационный комплекс 5 для управления полетом.
В пилотажно-навигационном комплексе 5 по полученным координатам и координатам точки наведения (х0, у0, г0) определяют вектор дальности от летательного аппарата в точку
наведения и углы его ориентации в горизонтальной (заданный угол пути) и вертикальной (заданный угол наклона траектории) плоскостях
Г Л
в = агс/д
КУо-У)
Р = агс1£
у1(х0-х)2+(у0-у)2
(14)
Определяют углы ориентации вектора скорости
0 = агс/д
К
Л;
, В = агс1£
К
Ау2+у2
ч V 1 У У
(15)
Ь
п 00
Ь
0 00
2
2
2
00
Управление полетом выполняют, компенсируя отклонения углов ориентации вектора дальности (14) и вектора скорости (15), изменением последнего соответствующим маневром в горизонтальной и вертикальной плоскостях путем воздействия на исполнительные элементы летательного аппарата.
При траекторном методе навигации [7] управление летательным аппаратом выполняют по текущим координатам и высоте полета, информация о скорости не привлекается. Для информационного обеспечения этого метода могут быть использованы существующие импульсные дальномеры [1].
Для количественной оценки достигаемой точности навигационных определений выполнено имитационно-статистическое моделирование с расчетом навигационных параметров по формулам (11), (12) применительно к системе минимального состава радиусом 10 км с конфигурацией (рисунок 3).
30
24
18
12
-12
-18
-24
-30
-30
-24
-18 -12
-6
у, КМ
'1
0 • 2 •
X, км —►
12
18
24
30
Рисунок 3 - План размещения радионавигационных пунктов
Пункты системы расположены по вершинам равностороннего треугольника, обозначены жирными точками с указанием номеров. Пункт с номером 0 является центральным, находится на продолжении взлетно-посадочной полосы (ВПП) в виде вытянутого прямоугольника. Ромбиком отмечено положение летательного аппарата, движущегося по указанной прямой линии в центр ВПП. Центр системы горизонтальных координат совмещен с центром ВПП, ордината у направлена в опорном направлении, например, северном, тогда абсцисса х направлена на восток.
При моделировании к истинным значениям измеряемых параметров добавлялись нормальные случайные погрешности из расчета достигнутых в системе ГЛОНАС со средними квадратическими отклонениями равными 30 м для псевдодальности, 0,3 м^ для псевдорадиальной скорости и в полтора раза меньших для наклонной дальности и радиальной скорости по причине удвоения значений параметров на пути ретрансляции. Установлена высота полета для ближней зоны 600 м на дальности 5 км, примерно точка так называемого четвертого разворота, для дальней зоны 6000 м на дальности 300 км. Высота подъема излучателей радионавигационных пунктов 10 м. Скорость полета 80 м/с, курс - 120 град на центр ВПП по ее оси со снижением при углах наклона траектории - 6,8 град и -1,1 град, соответственно в ближней и дальней зоне.
Результаты моделирования показаны на рисунках 4, 5 в виде поля рассеивания оценок координат и скорости в горизонтальной плоскости в дальней и ближней зоне. Рисунки, обозначенные как а) и б) - рассеивание оценок координат и скорости в отсутствии измерений наклонной дальности и радиальной скорости (псевдодальномерно-доплеровский метод), рисунки в) и г) - аналогично при наличии этих измерений посредством запросчика и ретранслятора комбинированным способом. Центры соответствующих систем координат перенесены в точку истинных значений. Пунктирной прямой линией отмечен маршрут движения, тонкими линиями - расчетный в отсутствии измерений наклонной дальности и радиальной скорости эллипс рассеивания.
а)
б)
в) г)
Рисунок 4 - Поле рассеивания оценок координат и скорости в дальней зоне
Согласно рисункам 4 а), 4 б) в дальней зоне и определении навигационных параметров псевдодальномерно-доплеровским методом поле рассеивания оценок координат и скорости концентрируются вблизи линии пеленга симметрично относительно истинного значения с большим диапазоном рассеивания. Привлечение измерений дальности и радиальной скорости
кардинально повышает точность и надежность навигационного решения (рисунок 4в), г)). В ближней зоне (рисунок 5) изменения менее значимые, но соответствующее рассеивание снижается примерно в два раза в направлении пункта наведения, центра ВПП.
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -02
Уу, м/с
Ж ©ъЙ """ ■ 1
18 ,)
щ Щй ||щщ
У'". '■•','
м/с
0.2 0.4 0.6 0.8
а)
б)
в) г)
Рисунок 5 - Поле рассеивания оценок координат и скорости в ближней зоне
В таблице 1 приведены средние квадратические ошибки определения параметров векторов дальности и скорости (14), (15), соответствующие условиям, принятым при моделировании (рисунки 4, 5). В таблице обозначено: вариант 1 - псевдодальномерно-доплеровский способ навигационных определений, вариант 2 - комбинированный способ.
Согласно данным таблицы для способа 1 в дальней зоне на дальности 300 км возникают значительные ошибки определения углов ориентации вектора дальности и вектора скорости, для последнего вплоть до аномальных. В комбинированном способе 2 такие ошибки существенно снижаются. В ближней зоне примерно в два раза уменьшаются ошибки определения вектора скорости. Соответственно повышается точность привода летательного аппарата в заданный пункт.
Таблица 1 - Средние квадратические ошибки определения углов ориентации вектора дальности и вектора скорости
Вариант способа Дальность, км
1 0,25 0,050 0,15 0,030 5
2 0,25 0,025 0,15 0,016
1 3,1 0,75 95,3 7,2 300
2 0,14 10-4 5,2 10-2
При увеличении радиуса системы с 10 км до 100 км погрешности навигационных определений в дальней зоне для псевдодальномерно-доплеровского способа уменьшаются примерно на два порядка, то есть по квадратичному закону, для комбинированного способа примерно на порядок, линейно. В ближней зоне погрешности примерно постоянны и мало зависят от радиуса системы.
Таким образом, при выборе радиуса системы следует стремиться к его максимальному, по условию наличия прямой видимости до навигационных пунктов, значению. Дополнительным ограничением при этом являются возможности организации системы связи для обеспечения высокоточной синхронизации радионавигационных пунктов. Это ограничение может быть снято установкой в них высокостабильных атомных стандартов частоты с относительной нестабильностью (1,5...5) • 10-13 за сутки [2].
Вследствие относительно небольшого необходимого для реализации набора наземного оборудования предлагаемый способ применим на необорудованных территориях, в том числе в условиях крайнего Севера.
Выводы. В основу построения нового поколения авиационных систем ближней радионавигации могут быть положены принципы многопозиционности, наземного размещения радионавигационных пунктов, навигационных определений псевдодальномерно-доплеровским и комбинированным способом. Относительно систем глобальной спутниковой радионавигации в состав систем целесообразно включить бортовой радиовысотомер, бортовой запросчик и наземный ретранслятор, территориально совмещенный с одним из радионавигационных пунктов. Приведенные временные диаграммы функционирования системы иллюстрируют возможность обеспечения операции запроса-ретрансляции на одной частоте для совокупности сотни летательных аппаратов по принципу временного разделения каналов.
Расчет координат и вектора скорости полета летательного аппарата по навигационным параметрам может быть обеспечен методом наименьших квадратов, как положение минимума по неизвестным навигационным параметрам суммы квадратов разности измеренных и истинных значений навигационных параметров с весом обратно пропорциональным дисперсии измерений. При полной неопределенности о местоположении летательного аппарата определение местоположения обеспечивается решением системы уравнений взаимосвязи в алгебраической форме. Уточнение оценок координат достигается линеаризацией функции наклонной дальности в окрестности первичной оценки путем разложения в ряд Тейлора с удержанием трех членов, затем решением системы уравнений взаимосвязи и получением уточненных оценок также в алгебраической форме.
Согласно результатам моделирования в дальней зоне на дальности 300 км возникают значительные ошибки определения углов ориентации вектора дальности и вектора скорости, для последнего вплоть до аномальных. В комбинированном способе такие ошибки существенно снижаются. В ближней зоне примерно в два раза уменьшаются ошибки определения вектора скорости. Соответственно повышается точность привода летательного аппарата в заданный пункт. При увеличении радиуса системы с 10 км до 100 км погрешности навигационных определений в дальней зоне для псевдодальномерно-доплеровского способа уменьшаются примерно на два порядка, то есть по квадратичному закону, для комбинированного способа примерно на порядок, линейно. В ближней зоне погрешности примерно постоянны и мало зависят от радиуса системы. Вследствие относительно небольшого потребного для реализации
набора наземного оборудования предлагаемые системы применимы на необорудованных территориях, в том числе в условиях крайнего Севера.
Последующее развитие предлагаемых систем нового поколения предполагается на пути установки в радионавигационных пунктах высокостабильных атомных стандартов частоты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Владимиров В.Л., Ковалев В.В., Хмуров Н.Н. Средства и системы радионавигационного обеспечения летательных аппаратов. М.: Военное издательство, 1990. 468 с.
2. ГЛОНАС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. М.: Радиотехника, 2005. 688 с.
3. Уфаев В.А. Способы определения местоположения и пространственной идентификации источников радиоизлучений: Монография. Воронеж: Издательство «Цифровая полиграфия», 2019. 430 с.
4. Петраков А.В., Лагутин В.С. Телеохрана. М.: Энергоатомиздат. 1988. 376 с.
5. Щербачев В.А. Замкнутые решения при определении координат в распределенной разностно-дальномерной системе // Радиотехника. 2013. № 4. С. 4-8.
6. Буков В.Н. Вложенные системы. Аналитический подход к анализу и синтезу матричных систем. Калуга: Изд-во научн. лит-ры Н.Ф. Бочкаревой, 2006. 720 с.
7. Системы управления и бортовые вычислительные комплексы летательных аппаратов / под ред. Н.М. Лысенко. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1990. 367 с.
REFERENCES
1. Vladimirov V.L., Kovalev V.V., Hmurov N.N. Sredstva i sistemy radionavigacionnogo obespecheniya letatel'nyh apparatov. M.: Voennoe izdatel'stvo, 1990. 468 p.
2. GLONAS. Principy postroeniya i funkcionirovaniya / pod red. A.I. Perova, V.N. Harisova. M.: Radiotehnika, 2005. 688 p.
3. Ufaev V.A. Sposoby opredeleniya mestopolozheniya i prostranstvennoj identifikacii istochnikov radioizluchenij: Monografiya. Voronezh: Izdatel'stvo «Cifrovaya poligrafiya», 2019. 430 p.
4. Petrakov A.V., Lagutin V.S. Teleohrana. M.: Energoatomizdat. 1988. 376 p.
5. Scherbachev V.A. Zamknutye resheniya pri opredelenii koordinat v raspredelennoj raznostno-dal'nomernoj sisteme // Radiotehnika. 2013. № 4. pp. 4-8.
6. Bukov V.N. Vlozhennye sistemy. Analiticheskij podhod k analizu i sintezu matrichnyh sistem. Kaluga: Izd-vo nauchn. lit-ry N.F. Bochkarevoj, 2006. 720 p.
7. Sistemy upravleniya i bortovye vychislitel'nye kompleksy letatel'nyh apparatov / pod red. N.M. Lysenko. VVIA im. prof. N.E. Zhukovskogo, 1990. 367 p.
© Беляев М.П., Уфаев В.А., Попов Г.А., Митрофанова С.В., 2022
UDK 621.396.96 GRNTI 47.49.00
CONSTRUCTION PRINCIPLES AND SHORT-RANGE RADIO NAVIGATION MULTI-POSITION AVIATION SYSTEMS FUNCTIONING ALGORITHMS
M.P. BELYAEV, Candidate of Technical Sciences V.A. UFAEV, Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher G.A. POPOV, Candidate of Technical Sciences S.V. MITROFANOVA
The construction principles and short-range radio navigation multi-position aviation systems functioning algorithms, built according to the principles of global satellite radio navigation, but with the location of radio navigation points on the Earth's surface in the vicinity of the airfield, are described. The systems additionally include an on-board radio altimeter, an on-board interrogator and a ground repeater, geographically combined with one of the radio navigation points. The time diagrams of the system functioning illustrating the possibility of providing a request-relay operation on a single frequency for a total of hundreds of aircraft on the principle of temporary channel separation are given. Formulas for calculating the coordinates and the vector of the flight speed of the aircraft according to the navigation parameters by the method of least squares are obtained, as the position of the minimum according to unknown navigation parameters of the sum of the squares of the difference between the measured and true values of the navigation parameters with a weight inversely proportional to the measurement variance. With complete uncertainty about the location of the aircraft, the location is determined by solving a system of relationship equations in algebraic form. Algorithms are given for refining coordinate estimates by linearization of the oblique range function in the vicinity of the primary estimate by decomposing into a Taylor series with retention of three terms, then solving a system of relationship equations and obtaining refined estimates also in algebraic form. The methodology and simulation results with an assessment of the accuracy of navigation definitions in the near and far zone are presented. Suggestions for further development of the systems are given.
Keywords: multi-position aviation system of short-range radio navigation, flight-lifting means, construction principles, functioning algorithms, radio navigation point, relationship equations, coordinates, velocity vector, radio navigation parameters, navigation parameters, near and far zone.
УДК 623.62 ГРНТИ 78.25.41
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ СПОСОБА ЗАЩИТЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОТ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОРАЖЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛОЖНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ
В.Д. ПОПЕЛО, доктор технических наук, старший научный сотрудник П.Е. КУЛЕШОВ, кандидат технических наук, доцент
В статье на основе использования математического аппарата матричной оптики применительно к одномодовому гауссовому пучку зондирующего излучения разработана модель пространственного разрешения ложных оптических целей и оптико-электронного средства лазерным локатором лазерного комплекса функционального поражения с учетом их параметров отражения. Получены зависимости пространственного разрешения ложной оптической цели и оптико-электронного средства от дальности, а также значений расстояния между ложной оптической целью и оптико-электронным средством, характеризующие пространственное распределение лазерного излучения при наведении поражающего канала лазерного комплекса функционального поражения на ложную оптическую цель. Исследованы пространственные параметры способа защиты оптико-электронного средства от лазерного комплекса функционального поражения, с использованием близких по отражательным характеристикам ложных оптических целей, устанавливаемых относительно оптико-электронного средства на расстояние, обеспечивающее их разрешение лазерным локатором и непоражение оптико-электронного средства при наведении поражающего канала на ложную оптическую цель.
Ключевые слова: лазерный комплекс функционального поражения, оптико-электронное средство, мощное лазерное излучение, разрешение, ложная оптическая цель, матрица передачи, отраженное излучение.
Введение. Возросшие возможности комплексов лазерного воздействия (лазерных комплексов функционального поражения (ЛКФП)), обусловленные, прежде всего, совершенством характеристик современной элементной базы лазерной техники и оптоэлектроники, выдвигают лазерное оружие в число эффективных средств ведения вооруженной борьбы, особенно для решения задач тактического уровня [1-5].
Наиболее уязвимыми для поражения направленным пучком лазерного излучения являются оптико-электронные средства (ОЭС), формирующие и анализирующие проективные изображения объектов и фоновых образований в оптическом диапазоне электромагнитного спектра. При применении ЛКФП за счет фокусирующего действия объективов достигается высокая концентрация энергии воздействующего лазерного излучения на поверхности фоточувствительных элементов ОЭС. Вследствие этого поражение ОЭС будет достигаться на больших дистанциях, чем дистанции поражения объекта-носителя. Это обстоятельство обуславливает актуальность поиска и совершенствования способов и средств защиты ОЭС от поражения лазерным излучением, как важнейшего аспекта борьбы с лазерным оружием.
Актуальность. Большинство существующих ОЭС обладают недостаточным уровнем защиты от поражающего воздействия лазерного излучения [6]. Установлена закономерность: ОЭС, способные формировать более качественное изображение обладают большей уязвимостью
к воздействию поражающего лазерного излучения (ПЛИ) [7, 8]. В настоящее время предложен ряд мер (способов), направленных на повышение защищенности ОЭС в условиях воздействия ЛКФП [9-14]. Основным принципом, положенным в основу этих способов, является снижение мощности (потока) оптического излучения, падающего на «уязвимый» элемент. Особенностью этих способов является то, что решение задачи управления уровнем оптического излучения на уязвимых элементах ОЭС требует введения в структуру оптической системы дополнительных элементов. С одной стороны, это приводит к усложнению конструкции ОЭС, снижению надежности и эффективности их функционирования по основному назначению, повышению их стоимости, а с другой стороны, оставляет «беззащитными» для ЛКФП большое число уже созданных и используемых на практике ОЭС.
Важным обстоятельством для дальнейшего развития мер защиты ОЭС от поражающего воздействия ПЛИ является то, что большинство ОЭС представляют собой пассивные приборы. Поэтому их обнаружение и координатометрия могут осуществляться исключительно активными методами [7, 15]. Вследствие этого непременным элементом в составе ЛКФП являются средства активной лазерной локации ОЭС. В этих условиях эффективным методом обеспечения защиты ОЭС от поражающего воздействия ПЛИ может стать применение ложных оптических целей (ЛОЦ), обладающих оптико-локационными характеристиками близкими к характеристикам защищаемых ОЭС [7, 16, 17]. На рисунке 1 представлена схема, поясняющая сущность защиты ОЭС от ЛКФП с использованием ЛОЦ.
Рисунок 1 - Схема защиты ОЭС от ЛКФП с использованием ЛОЦ
Наличие в окрестности ОЭС N ЛОЦ позволяет снизить вероятность правильного выбора
ОЭС из совокупности целей до значения PB = (И +1) 1, а тем самым существенно снизить
вероятность поражения ОЭС. При этом эффективность применения ЛОЦ для защиты от поражающего воздействия ПЛИ будет определяться характеристиками пространственного расположения ложных целей в окрестности ОЭС. Очевидно, что оценки взаимных расстояний
(фактически представляющих пространственные параметры предлагаемого способа защиты ОЭС от воздействия ПЛИ) будут зависеть от дистанции поражения, свойств объектов локации и характеристик лазерно-локационного средства и средства генерации ПЛИ ЛКФП. Однако, в любом случае, эти расстояния должны удовлетворять следующим требованиям:
- быть достаточно большими для того, чтобы лазерный локатор ЛКФП мог различать их как отдельные цели, а наведение ПЛИ на любую ЛОЦ не приводило к поражению ОЭС периферией лазерного пучка;
- быть достаточно малыми для компактного размещения ЛОЦ вблизи ОЭС, в частности, на борту одного носителя.
Цель работы - разработка модели пространственного разрешения ЛОЦ и ОЭС лазерным локатором ЛКФП и исследование условий пространственного размещения ЛОЦ относительно ОЭС, удовлетворяющих сформулированным требованиям.
1. Способность средства лазерной локации ЛКФП различать как отдельные точечные цели с одинаковыми отражающими свойствами. В условиях активного лазерного зондирования ОЭС и близкие к ним по характеру отражения ЛОЦ представляют собой малоразмерные (точечные) цели с высоким блеском [7].
Поэтому задача различения, как отдельных целей защищаемого ОЭС и ЛОЦ, сводится к пространственному разрешению изображений двух точечных объектов в фокальной плоскости объектива приемного устройства лазерного локатора. Для принятия решения о разрешении отдельных изображений целесообразно использовать классический критерий Рэлея [18], применение которого требует оценки размеров сформированных изображений.
Рассмотрим размер изображения, создаваемого отраженным от ЛОЦ (или ОЭС) излучением в плоскости чувствительного элемента приемного устройства лазерного локатора ЛКФП. Свойства этого изображения будут определяться параметрами источника зондирующего излучения подсистемы разведки ЛКФП, параметрами среды распространения зондирующего и отраженного излучения, оптической системы ЛОЦ (или ОЭС), параметрами приемного устройства лазерного локатора. Из многообразия сочетаний этих параметров рассмотрим следующую типовую ситуацию:
- источник - лазер, формирующий одномодовый гауссов пучок зондирующего монохроматического излучения с длиной волны Я, начальным радиусом сечения г0, радиусом
волнового фронта в начальном сечении ;
- среда на трассе распространения протяженностью Ь однородная;
- в оптической системе ЛОЦ (или ОЭС) отсутствуют шероховатые поверхности с диффузным отражением;
- оптическая система (объектив) приемного устройства лазерного локатора ЛКФП с радиусом апертуры а и фокусным расстоянием / формирует качественное (безаберрационное) изображение объекта, размытие которого ограничено только дифракционными эффектами.
Распространение излучения от лазерного локатора к ЛОЦ (или ОЭС) и обратно будет определяться матрицей передачи следующего вида [19]
[М ] =
Шц Ш12 1 Ь А в 1 1
_ Ш21 Ш22 0 1 С А 0 1
(1)
Здесь матрица передачи
1
определяет преобразование параметров
гомоцентрического пучка зондирующего излучения на трассе длиной Ь , лежащей в свободном пространстве, где ¥ь - радиус кривизны волнового фронта зондирующего излучения вблизи ЛОЦ (или ОЭС).
Величина ¥ь удовлетворяет соотношению [20]
Р = Ь
1 + Ф2(1 + Ь/^)2 1+Ф2(1+ЬРо)( Ь/Р0Г
(2)
где Ф0 = кг02/Ь - параметр Френеля для зондирующего излучения; к = 2ж/Л - волновое число. Для расходящегося в начальном сечении пучка зондирующего излучения - Р0 > 0, для сходящегося - Р0 < 0, для коллимированного - р = да .
Очевидно, что в дальней зоне локации, когда Ь ^ да, р « Ь. Соотношение р « Ь справедливо также еще в двух случаях:
- если параметр Френеля Ф0 << 1, то есть источник излучения является практически точечным (локация осуществляется в дальней зоне зондирующего излучения) вследствие большого значения Ь или малого значения г0;
- если зондирующее излучение сфокусировано на объекте локации, то есть р = -Ь.
Во всех других случаях р = Ь + Ь .
"А Б.
описывает преобразование параметров луча в оптической
Матрица передачи
С А
системе ЛОЦ (или ОЭС). Если опорную плоскость анализа выбрать в передней фокальной плоскости объектива ЛОЦ (или ОЭС), матрица передачи объекта локации может быть записана в следующем виде [21]
[М ]
оэс
-1 0
-я-1 -1
(3)
где = Д0 - радиус кривизны волнового фронта отраженного от ЛОЦ (или ОЭС) излучения при условии облучения плоской волной; /0 - фокусное расстояние объектива ЛОЦ (или ОЭС); Д0 - смещение плоскости отражающего элемента ЛОЦ (или ОЭС) относительно задней фокальной плоскости объектива.
1 Ь
характеризует прохождение отраженным от ЛОЦ (или ОЭС)
Матрица передачи
0 1
излучением трассы длиной Ь в обратном направлении до плоскости апертуры приемного устройства лазерного локатора ЛКФП. Перемножая матрицы в (1) получим
[М ] =
-1-Ь/Яда -Ь -р -ЬРь/Яда
-1/Яда -1 -РЬ/Яда
(4)
В отсутствие в оптической системе ЛОЦ (или ОЭС) диффузно рассеивающих поверхностей, а также рассеивающих частиц в среде распространения, в плоскости апертуры приемного устройства лазерного локатора будет формироваться сферическая волна с радиусом кривизны волнового фронта, связанного с параметрами задачи соотношением
Я =
ШЛ + Ш
Ш21Я0 + Ш2
= Ь + -
1 + РЬ/Яда
(5)
В дальней зоне локации, когда р « Ь, радиус кривизны отраженного излучения имеет значение
Я = Ь
Г2 + Ь/Я^ V1+ЦЯГ^
(6)
После прохождения объектива приемного устройства локатора с фокусным расстоянием / и радиусом а апертуры размер пучка вблизи фокальной плоскости (размер изображения) определяется соотношением
аг = (1 -
7(1 -1 / Р )2 +12/ к2 а4
(7)
где I = / + А - расстояние от объектива приемного устройства лазерного локатора до изображения; А - возможное смещение плоскости чувствительного элемента относительно задней фокальной плоскости объектива приемного устройства лазерного локатора ( А > 0, если чувствительный элемент смещен за заднюю фокальную плоскость объектива, А < 0, если чувствительный элемент смещен вперед и расположен ближе к объективу, чем задняя фокальная
/
плоскость); Р = — -
—/ (1 + //Я) - радиус кривизны волнового фронта отраженного
1—/Я
излучения сразу после прохождения объектива приемного устройства лазерного локатора (знак «-» в формуле означает, что после прохождения объектива формируется сходящийся пучок излучения).
При условии А = 0, то есть в задней фокальной плоскости объектива, в которой предположительно расположена поверхность чувствительного элемента приемного устройства лазерного локатора, радиус пучка составит значение
аг = а/\ ТГ +
1
Я2 кга
2 4
(8)
Величина а/ определяет размер изображения ЛОЦ (или ОЭС), формируемого приемным
устройством лазерного локатора.
Для того чтобы лазерный локатор формировал безаберрационные изображения ОЭС и ЛОЦ, необходимо знать параметры оптической системы приемного устройства лазерного локатора, при которых может быть достигнуто дифракционное разрешение. Эти параметры могут быть определены из условия, что продольная аберрация объектива будет меньше, чем продольные размеры дифракционного пятна рассеяния. В соответствии с [22] данное условие может быть формализовано как
0_<
2/
а
(9)
Из (9) следует, что
а =
ф!?
(10)
В соответствии с критерием Рэлея два близко расположенных изображения малоразмерных объектов могут надежно различаться, если максимум одного изображения совпадает с границей
другого. Для изображения в виде кружка Эйри его размер определяется положением первого минимума дифракционной картины [18]. В случае гауссовой аппроксимации распределения поля в фокальном пятне этому размеру примерно соответствует расстояние между максимумами двух наблюдаемых раздельно изображений равное а/ .
Условие раздельного наблюдения двух изображений точечных объектов с близкими отражательными (ЛОЦ и ОЭС) характеристиками будет выполняться, если объекты, расположенные на дальности Ь , смещены друг относительно друга на расстояние
ОЭС-ЛОЦ
Ь т 1 1
= — а, = аЬА—т +
/
'Я к2 а
2 4
(11)
2. Минимальное расстояние между ЛОЦ и ОЭС для обеспечения эффективной защиты ОЭС. Дисперсия суммарной ошибки наведения поражающего канала ЛКФП на ОЭС может быть представлена как [23]
п2
2 2 , иЛОЦ
а =ар+-
3
(12)
где ар — дисперсия угловой случайной ошибки наведения (целеуказания) поражающего канала ЛКФП;
@лоц — систематическая ошибка, обусловленная наведением поражающего канала на
ЛОЦ.
Тогда на этапе поражения (для одномодового гауссового распределения интенсивности ПЛИ ЛКФП и релеевского закона ошибок наведения поражающего канала [24]) минимальное расстояние между ЛОЦ и ОЭС, характеризующее пространственное распределение ПЛИ при наведении поражающего канала ЛКФП на ЛОЦ, может быть представлено в виде [25, 26]
А1 = 10 092--3^П
^'оэс-лоц^
х/зпов Ьп ( РЗ)
(«ь -1)- ьар,
(13)
где Ь — дистанция «ЛОЦ(ОЭС)-ЛКФП»; « — суммарный показатель энергетического
ослабления ПЛИ в атмосфере; Щ1 — мощность излучения поражающего канала ЛКФП;
1З — пороговое значение интенсивности ПЛИ на входе ОЭС, при котором ОЭС сохраняет
работоспособность; Р3 — пороговая (заданная) вероятность защиты ОЭС от ПЛИ.
3. Результаты расчета пространственных параметров способа защиты ОЭС от ЛКФП путем применения ЛОЦ. На рисунке 2 в соответствии с выражениями (11) и (13) представлены
графики зависимостей Д/оэс-лоц^ и ^сэс-ло^ а также их отношения К = МОЭС-ЛОЦ™/ ¿ОЭС-ЛО^ от
Ь для заданных значений Р3 = 0,95, Жп = 30 Вт, ар= 5 х10-5 рад, «= 0 м-1, / = 1м, Л=10~6 м, Я = 50м, /^ = 104Вт/м2, = 5х104Вт/м2. Из графиков следует, что пространственное
пор2
размещение ОЭС и ЛОЦ определяется условиями взаимодействия ЛКФП и ЛОЦ (ОЭС) как на этапе локации, так и на этапе поражения ПЛИ ЛКФП. Так при высоких значениях /З для
заданного значения пороговой вероятности Р3 расстояние между ЛОЦ и ОЭС может
определяться только разрешением объектов локации лазерным локатором подсистемы разведки ЛКФП, обеспечивающим целеуказание подсистеме поражения ЛКФП (рисунок 2а,
/3 = 5 х104 Вт/м2). Это условие также определяет взаимное размещение ОЭС и ЛОЦ
пор2
при низкой разрешающей способности лазерного локатора (рисунок 2а, 2<
ОЭС-ЛОЦ
).
С уменьшением /3 (рисунок 2а, /3 = 104 Вт/м2) расстояние между ЛОЦ и ОЭС,
характеризующее пространственное распределение ПЛИ при наведении поражающего канала ЛКФП на ЛОЦ Д/оэс_Лоц , начинает преобладать над разрешающей способностью лазерного
локатора <
ОЭС-ЛОЦ
. Следовательно, необходимо определить «рубеж» перехода от Д/
ОЭС-ЛОЦтп
ОЭС-ЛОЦ •
На рисунке 2б продемонстрировано графическое условие этого перехода, через отношение
К = Д1,
/<О
ОЭС-ЛОЦ^ / ОЭС-ЛОЦ
(для заданных параметров, представленных на рисунке 2б, К = 1
(Д/ОЖ ЛОЦт = <оэс лоц) соответствует дистанции Ь«1235 м, характеризующее переход
размещения ЛОЦ относительно ОЭС от расстояния Д/оэслоц,,, к расстоянию <0эслоц). Если
К > 1 (на дистанции 0 < Ь < 1235 м), то расстояние удаления ЛОЦ от ОЭС будет определяться в соответствии с выражением (13), если К < 1 (на дистанции Ь > 1235 м) - расстояние удаления ЛОЦ от ОЭС будет определяться в соответствии с выражением (11).
Зависимости, представленные на рисунке 2, демонстрируют важное значение для эффективной реализации способа защиты ОЭС, опирающегося на использование ЛОЦ (близких по отражательным характеристикам с ОЭС), априорной информации о характеристиках ЛКФП (разрешающей способности, точности целеуказания подсистемы разведки и наведения поражающего канала, мощности поражающего канала ЛКФП и т.д.).
= 104Вт/мг / = 1м и'п = 30Вт Я=10"4м аг = Ом 1 Я, = 50м />=0,95
ов - 5х10"5рад
600 800 1000 1200 1400 ¿.м 600 800 1000 1200
а) б)
1400 £,м
Рисунок 2 - Зависимости Д/
Д/
ОЭС-ЛОЦ^ , <ОЭС-ЛОЦ и К ,
(л.
ОЭС-ЛОЦт,, _ Ь
ОЭС-ЛОЦ
от
При этом вероятность выбора ОЭС, как цели поражения ЛКФП, предлагаемым способом, достаточно низка. Так на площадке носителя ОЭС площадью 1 м2 при среднем расстоянии между ЛОЦ и ОЭС 0,05 м вероятность правильного выбора ОЭС из совокупности целей составит Рв » 400 1 » 0,0025.
Выводы. С использованием математического аппарата матричной оптики применительно к одномодовому гауссовому пучку зондирующего излучения разработана модель
к
Э1
и
пространственного разрешения ЛОЦ и ОЭС лазерным локатором ЛКФП при условии идентичности их параметров отражения. Получены зависимости пространственного разрешения ЛОЦ и ОЭС от дальности, а также значений расстояния между ЛОЦ и ОЭС от дальности, характеризующие пространственное распределение ПЛИ при наведении поражающего канала ЛКФП на ЛОЦ. Из зависимости следует, что пространственное размещение ОЭС и ЛОЦ определяется условиями взаимодействия ЛКФП и ЛОЦ (ОЭС) как на этапе локации, так и на этапе поражения ПЛИ ЛКФП. При высоких пороговых значениях интенсивности ПЛИ на входе ОЭС для заданного значения пороговой вероятности защиты ОЭС от ПЛИ расстояние между ЛОЦ и ОЭС может определяться только разрешением объектов локации лазерным локатором ЛКФП. С уменьшением пороговых значений интенсивности ПЛИ на входе ОЭС расстояние между ЛОЦ и ОЭС, характеризующее пространственное распределение ПЛИ при наведении поражающего канала ЛКФП на ЛОЦ, на начальных дальностях начинает преобладать над разрешающей способностью лазерного локатора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аполлонов В.В. Лазерное оружие: проблемы и перспективы // Научное обозрение. № 2 (24). 2016. С. 33-41.
2. Макаренко С.И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Часть 4. Функциональное поражение сверхвысокочастотным и лазерным излучениями // Системы управления, связи и безопасности. № 3. 2020. С. 122-157.
3. Фомкин Н.В. Разработка в США комплексов лазерного оружия // Зарубежное военное обозрение. № 4. 2017. С. 34-37.
4. Шенцев Н.И., Ютилов Е.Н. О возможности использования лазерного оружия для решения задач ПВО // Стратегическая стабильность. № 50 (1). 2010. С. 31-39.
5. Михайлов Р.Л. Радиоэлектронная борьба в Вооруженных силах США: военно-теоретический труд. СПб.: Наукоемкие технологии, 2018. 131 с.
6. Кулешов П.Е., Глушков А.Н., Марченко А.В. Классификация технических методов (способов) защиты оптико-электронных средств от лазерного комплекса функционального поражения // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2019. № 10. С. 72-80. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/10-2019Z72-80.pdf (дата обращения 01.12.2021).
7. Козирацкий Ю.Л., Афанасьева А.И., Гревцев А.И. и др. Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов / под ред. Ю.Л. Козирацкого. М.: «ЗАО «Издательство «Радиотехника», 2015. 456 с.
8. Кулешов П.Е., Попело В.Д., Проскурин Д.К. Способ защиты информационных средств оптического диапазона от воздействия лазерного излучения путем локального экранирования падающего потока вблизи фокальной плоскости объектива // Телекоммуникации. 2021. № 9. С. 15-24.
9. Никитин В.М., Гаранин С.Г., Фомин В.Н. Адаптивная помехозащита оптико-электронных датчиков (для систем управления и навигации). М.: Издательство Московского университета, 2011. 336 с.
10. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. М.: Радио и связь, 1981. 180 с.
11. Пат. 23630^и, МПК H04N 5/238, Н01Ь 31/0232. Способ защиты приемника оптического излучения / Козирацкий Ю.Л., Козирацкий А.Ю., Кулешов П.Е. и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). № 2016107511; заявл. 01.03.16; опубл. 16.11.17, Бюл. № 32.
12. Пат. 2215970 RU, МПК F41G 1/32. Защитное устройство входной оптики оптических и оптико-электронных приборов / Козирацкий Ю.Л., Крутов Н.Г., Молохина Л.А. и др.;
заявитель и патентообладатель НПО «Астрофизика». № 2002102506; заявл. 01.02.2002; опубл. 10.11.2003, Бюл. № 31.
13. Чесноков В.В., Чесноков Д.В., Шлишевский В.Б. Пленочные пассивные оптические затворы для защиты приемников изображения от ослепления // Оптический журнал. 2011. № 78,6. С. 39-46.
14. Пат. 2363017 RU, H04N5/238, H01L31/0232. Способ защиты ОЭС от мощного лазерного излучения / П.Е. Кулешов, А.Н. Глушков, А.В. Алабовский и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. НЕ. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). № 2019104733; заявл. 19.02.2019; опубл. 17.12.2019, Бюл. № 35.
15. Козирацкий Ю.Л., Козирацкий А.Ю., Иванцов А.В. и др. Модели информационного конфликта средств поиска и обнаружения: Монография / под ред. Ю.Л. Козирацкого. М.: «ЗАО «Издательство «Радиотехника», 2013. 232 с.
16. Пат. 2712940 RU, МПК G01S017/02. Способ имитации оптико-электронного средства / Ю.Л. Козирацкий, А.Н. Глушков, П.Е. Кулешов и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). № 2018146920; заявл. 04.12.2018; опубл. 03.02.2020, Бюл. № 4.
17. Пат. 2698466 RU, МПК G01S7/40. Способ формирования ложной оптической цели / Козирацкий Ю.Л., Глушков А.Н., П.Е. Кулешов и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). № 2018142951; заявл. 26.12.2018; опубл. 27.08.2019, Бюл. № 24.
18. Born M., Wolf E. Principles of optics. Cambridge: Cambridge University Press, 1999. 952 p.
19. Джеррард А., Бёрч Д.М. Введение в матричную оптику. М.: Мир, 1978. 341 с.
20. Гончаренко А.М. Гауссовы пучки света. Мн.: Наука и техника, 1977. 144 с.
21. Попело В.Д. Модель оптико-электронного средства как объекта оптической локации // Радиотехника, 2005, № 7. С. 102-104.
22. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1980. 304 с.
23. Ванеева М.В., Попело В.Д. Теория математической обработки геодезических измерений. Часть 2. Воронеж: ВГАУ, 2015. 138 с.
24. Козирацкий Ю.Л. Оптимизация угла расходимости излучения лазерной локационной системы в условиях помех // Радиотехника. 1994. № 3. С. 6-10.
25. Кулешов П.Е., Глушков А.Н., Марченко А.В. и др. Способ защиты оптико-электронного средства от мощного лазерного излучения на основе смещения точки наведения передающего канала лазерного комплекса функционального поражения за счет использования вынесенных элементов формирующей оптики // Сборник докладов I Всероссийской НИК. «Радиоэлектронная борьба в современном мире», 1-2 октября 2019 г. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА» (г. Воронеж). 2019. С. 17-19.
26. Пат. 2744507 RU, МПК G01S7/00. Способ защиты оптико-электронных средств от мощных лазерных комплексов / Кулешов П.Е., Глушков А.Н., Писаревский Н.А. и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). № 2020102175; заявл. 20.01.2020; опубл. 11.03.2021, Бюл. № 8.
REFERENCES
1. Apollonov V.V. Lazernoe oruzhie: problemy i perspektivy // Nauchnoe obozrenie. № 2 (24). 2016. pp. 33-41.
2. Makarenko S.I. Analiz sredstv i sposobov protivodejstviya bespilotnym letatel'nym apparatam. Chast' 4. Funkcional'noe porazhenie sverhvysokochastotnym i lazernym izlucheniyami // Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti. № 3. 2020. pp. 122-157.
3. Fomkin N.V. Razrabotka v SShA kompleksov lazernogo oruzhiya // Zarubezhnoe voennoe obozrenie. № 4. 2017. pp. 34-37.
4. Shencev N.I., Yutilov E.N. O vozmozhnosti ispol'zovaniya lazernogo oruzhiya dlya resheniya zadach PVO // Strategicheskaya stabil'nost'. № 50 (1). 2010. pp. 31-39.
5. Mihajlov R.L. Radio'elektronnaya bor'ba v Vooruzhennyh silah SShA: voenno-teoreticheskij trud. SPb.: Naukoemkie tehnologii, 2018. 131 p.
6. Kuleshov P.E., Glushkov A.N., Marchenko A.V. Klassifikaciya tehnicheskih metodov (sposobov) zaschity optiko-'elektronnyh sredstv ot lazernogo kompleksa funkcional'nogo porazheniya // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2019. № 10. pp. 72-80. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/10-2019/72-80.pdf (data obrascheniya 01.12.2021).
7. Kozirackij Yu.L., Afanas'eva A.I., Grevcev A.I. i dr. Obnaruzhenie i koordinatometriya optiko-'elektronnyh sredstv, ocenka parametrov ih signalov / pod red. Yu.L. Kozirackogo. M.: «ZAO «Izdatel'stvo «Radiotehnika», 2015. 456 p.
8. Kuleshov P.E., Popelo V.D., Proskurin D.K. Sposob zaschity informacionnyh sredstv opticheskogo diapazona ot vozdejstviya lazernogo izlucheniya putem lokal'nogo ' ekranirovaniya padayuschego potoka vblizi fokal'noj ploskosti ob'ektiva // Telekommunikacii. 2021. № 9. pp. 15-24.
9. Nikitin V.M., Garanin S.G., Fomin V.N. Adaptivnaya pomehozaschita optiko-'elektronnyh datchikov (dlya sistem upravleniya i navigacii). M.: Izdatel'stvo Moskovskogo universiteta, 2011. 336 p.
10. Yakushenkov Yu.G., Lukancev V.N., Kolosov M.P. Metody bor'by s pomehami v optiko-'elektronnyh priborah. M.: Radio i svyaz', 1981. 180 p.
11. Pat. 2363017RU, MPK H04N 5/238, H01L 31/0232. Sposob zaschity priemnika opticheskogo izlucheniya / Kozirackij Yu.L., Kozirackij A.Yu., Kuleshov P.E. i dr.; zayavitel' i patentoobladatel' VUNC VVS «VVA im. prof. N.E. Zhukovskogo i Yu.A. Gagarina» (g. Voronezh). № 2016107511; zayavl. 01.03.16; opubl. 16.11.17, Byul. № 32.
12. Pat. 2215970 RU, MPK F41G 1/32. Zaschitnoe ustrojstvo vhodnoj optiki opticheskih i optiko-'elektronnyh priborov / Kozirackij Yu.L., Krutov N.G., Molohina L.A. i dr.; zayavitel' i patentoobladatel' NPO «Astrofizika». № 2002102506; zayavl. 01.02.2002; opubl. 10.11.2003, Byul. № 31.
13. Chesnokov V.V., Chesnokov D.V., Shlishevskij V.B. Plenochnye passivnye opticheskie zatvory dlya zaschity priemnikov izobrazheniya ot oslepleniya // Opticheskij zhurnal. 2011. № 78,6. pp. 39-46.
14. Pat. 2363017 RU, H04N5/238, H01L31/0232. Sposob zaschity O'ES ot moschnogo lazernogo izlucheniya / P.E. Kuleshov, A.N. Glushkov, A.V. Alabovskij i dr.; zayavitel' i patentoobladatel' VUNC VVS «VVA im. prof. N.E. Zhukovskogo i Yu.A. Gagarina» (g. Voronezh). № 2019104733; zayavl. 19.02.2019; opubl. 17.12.2019, Byul. № 35.
15. Kozirackij Yu.L., Kozirackij A.Yu., Ivancov A.V. i dr. Modeli informacionnogo konflikta sredstv poiska i obnaruzheniya: Monografiya / pod red. Yu.L. Kozirackogo. M.: «ZAO «Izdatel'stvo «Radiotehnika», 2013. 232 p.
16. Pat. 2712940 RU, MPK G01S017/02. Sposob imitacii optiko-'elektronnogo sredstva / Kozirackij Yu.L., Glushkov A.N., Kuleshov P.E. i dr.; zayavitel' i patentoobladatel' VUNC VVS «VVA im. prof. N.E. Zhukovskogo i Yu.A. Gagarina» (g. Voronezh). № 2018146920; zayavl. 04.12.2018; opubl. 03.02.2020, Byul. № 4.
17. Pat. 2698466 RU, MPK G01S7/40. Sposob formirovaniya lozhnoj opticheskoj celi / Yu.L. Kozirackij, A.N. Glushkov, P.E. Kuleshov i dr.; zayavitel' i patentoobladatel' VUNC VVS «VVA im. prof. N.E. Zhukovskogo i Yu.A. Gagarina» (g. Voronezh). № 2018142951; zayavl. 26.12.2018; opubl. 27.08.2019, Byul. № 24.
18. Born M., Wolf E. Principles of optics. Cambridge: Cambridge University Press, 1999. 952 p.
19. Dzherrard A., Berch D.M. Vvedenie v matrichnuyu optiku. M.: Mir, 1978. 341 p.
20. Goncharenko A.M. Gaussovy puchki sveta. Mn.: Nauka i tehnika, 1977. 144 p.
21.Popelo V.D. Model' optiko-'elektronnogo sredstva kak ob'ekta opticheskoj lokacii // Radiotehnika, 2005, № 7. pp. 102-104.
22. Kravcov Yu.A., Orlov Yu.I. Geometricheskaya optika neodnorodnyh sred. M.: Nauka, 1980. 304 p.
23. Vaneeva M.V., Popelo V.D. Teoriya matematicheskoj obrabotki geodezicheskih izmerenij. Chast' 2. Voronezh: VGAU, 2015. 138 p.
24. Kozirackij Yu.L. Optimizaciya ugla rashodimosti izlucheniya lazernoj lokacionnoj sistemy v usloviyah pomeh // Radiotehnika. 1994. № 3. pp. 6-10.
25. Kuleshov P.E., Glushkov A.N., Marchenko A.V. i dr. Sposob zaschity optiko-'elektronnogo sredstva ot moschnogo lazernogo izlucheniya na osnove smescheniya tochki navedeniya peredayuschego kanala lazernogo kompleksa funkcional'nogo porazheniya za schet ispol'zovaniya vynesennyh 'elementov formiruyuschej optiki // Sbornik dokladov I Vserossijskoj NPK. «Radioelektronnaya bor'ba v sovremennom mire», 1-2 oktyabrya 2019 g. Voronezh: VUNC VVS «VVA» (g. Voronezh). 2019. pp. 17-19.
26. Pat. 2744507 RU, MPK G01S7/00. Sposob zaschity optiko-'elektronnyh sredstv ot moschnyh lazernyh kompleksov / Kuleshov P.E., Glushkov A.N., Pisarevskij N.A. i dr.; zayavitel' i patentoobladatel' VUNC VVS «VVA im. prof. N.E. Zhukovskogo i Yu.A. Gagarina» (g. Voronezh). № 2020102175; zayavl. 20.01.2020; opubl. 11.03.2021, Byul. № 8.
© Попело В.Д., Кулешов П.Е., 2022
UDK 623.62 GRNTI 78.25.41
spatial parameters of a method for protecting optoelectronic devices from functional damage by laser radiation using false optical targets
V.D. POPELO, Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher P.E. KULESHOV, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
A model of spatial resolution of false optical targets and optoelectronic means by a laser locator of a laser complex of functional damage, taking into account their reflection parameters, is developed in the article based on the use of the mathematical apparatus of matrix optics in relation to a single-mode Gaussian beam of probing radiation. The dependences of the spatial resolution of the false optical target and the optoelectronic means on the range, as well as the values of the distance between the false optical target and the optoelectronic means, characterizing the spatial distribution of laser radiation when pointing the damaging channel of the laser complex of functional damage at the false optical target, are obtained. The spatial parameters of the method of protecting an optoelectronic device from a laser complex of functional damage, using false optical targets with similar reflective characteristics, set relative to the optoelectronic device at a distance that ensures their resolution by a laser locator and non-reflection of the optoelectronic device when pointing the damaging channel at a false optical target, are investigated.
Keywords: functional damage laser complex, optoelectronic means, powerful laser radiation, resolution, false optical target, transmission matrix, reflected radiation.
УДК 355.5:623.1 ГРНТИ 78.19.13
О НЕОБХОДИМОСТИ СОГЛАСОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КРИТЕРИЕВ ДЕЗОРГАНИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ВОЙСКАМИ И ОРУЖИЕМ ПРОТИВНИКА
Д.В. ХОЛУЕНКО, кандидат военных наук, доцент
В.А. АНОХИН, кандидат технических наук, старший научный сотрудник И.И. КОЛЕСНИКОВ, кандидат военных наук, доцент
В статье рассмотрены обобщенные количественно-качественные характеристики задачи дезорганизации управления войсками (силами) и оружием противника. Показано, что в структурных подразделениях штабов объединений и соединений видов Вооруженных сил, родов войск и специальных войск для оценки эффективности дезорганизации управления используются различные показатели эффективности и системы критериев для оценки состояний системы управления. Разработаны предложения по единым показателям эффективности и критериям дезорганизации управления войсками (силами) и оружием противника. Определена эмпирическая функция для расчета коэффициента реализации боевого потенциала. Представлена номограмма для расчета коэффициентов реализации боевых потенциалов воинских формирований противника и относительного снижения расчетного боевого потенциала противника.
Ключевые слова: критерий, показатель эффективности, дезорганизация управления войсками, состояние управления, боевой потенциал, расчетный боевой потенциал, реализованный боевой потенциал, деструктивное воздействие, огневое поражение, радиоэлектронное поражение.
Введение. Успешное выполнение практически любой оперативной (тактической) задачи войск (сил) в современных и перспективных формах военных действий достигается совместным применением объединений, соединений, частей и подразделений видов Вооруженных сил (ВС), родов войск и специальных войск. Результативность их использования, а также эффективность выполнения задачи в целом должны оцениваться по согласованным критериям и показателям эффективности.
По нашим оценкам, вопросы согласования критериев, показателей эффективности и методик их расчета остаются актуальными для штабов всех объединений и соединений Вооруженных сил, особенно на этапе всеобщей автоматизации процессов управления войсками и реализации основных направлений интеграции средств вооруженной борьбы, например, в формах разведывательно-огневых систем или разведывательных ударно-помеховых систем. Не вызывает сомнений, что важным условием создания и эффективной эксплуатации автоматизированных систем управления войсками является единая система критериев и показателей эффективности в количественных оценках при совместном применении сил и средств различных видов ВС, родов войск и специальных войск.
Актуальность. В таблице 1 представлены значения частных прогнозных показателей эффективности системы управления войсками (силами) и оружием (СУ В(С) и О) противника, используемых в штабах объединений и соединений: в ракетных войсках и артиллерии (РВ и А) Сухопутных войск (СВ), в Сухопутных войсках, военно-воздушных силах (ВВС), в службах радиоэлектронной борьбы (РЭБ), обобщенные по результатам материалов [1].
Анализ приведенных количественно-качественных характеристик задачи дезорганизации управления войсками (ДУВ) и оружием противника показывает, что в структурных подразделениях штабов объединений (соединений) для оценки эффективности дезорганизации управления используются различные показатели эффективности и системы критериев для оценки состояний системы управления.
Таблица 1 - Значения частных прогнозных показателей эффективности системы управления войсками (силами) и
1. РВ и А Сухопутных войск
Состояние СУ В(С) и О противника Обеспечивается Краткая характеристика состояния управления
огневое поражения объектов со степенями, % радиоэлектронное поражение радиосвязей и радиоэлектронных средств, %
Сорвано 50-60 (задача стрельбы на поражение «уничтожение») > 60 Противник не способен осуществлять эффективное управление одновременно во всех звеньях управления. Степень снижения реализации боевого потенциала из-за дезорганизации управления войсками (силами) выше уровня критических потерь
Нарушено 30-50 (задача стрельбы на поражение «подавление») > 50 Противник теряет управление войсками на отдельных направлениях. Степень снижения реализации боевого потенциала из-за дезорганизации управления войсками (силами) не меньше уровня критических потерь
Затруднено 15-30 (задача стрельбы на поражение «изнурение») > 30 Противник периодически теряет управление войсками на актуальных направлениях. Степень снижения реализации боевого потенциала меньше уровня критических потерь
2. Сухопутные войска
Состояние СУ В(С) и О противника Краткая характеристика состояния системы управления
Разрушение Непригодна для дальнейшего использования
Уничтожение Боеспособность потеряна (для одиночных целей - вероятность поражения должна быть 70-90 %, для групповых целей - количество уничтоженных отдельных объектов должно быть не менее 50-60 %)
Подавление Временная потеря боеспособности (для групповых целей - количество уничтоженных одиночных объектов должно быть не менее 25-30 %)
Изнурение Ведение беспокоящего огня, вызывающего морально-психологические воздействия на противника
3. Военно-воздушные силы
Состояние СУ В(С) и О противника Краткая характеристика состояния системы управления
Разгром (уничтожение) Не менее 50 % объектов перестают функционировать в течение семи суток и более (на время выполнения оперативной задачи), при этом остальные объекты перестают функционировать в течение одного часа и более (на время задачи боя)
Подавление Не менее 50 % объектов перестают функционировать в течение суток и более (на время выполнения задачи дня), при этом не менее 70 % оставшихся объектов перестают функционировать в течение одного часа и более (на время задачи боя)
Дезорганизация (ослабление) Не менее 50 % всех объектов перестают функционировать в течение одного часа и более (на время задачи боя)
4. Службы РЭБ
Состояние СУ В(С) и О противника Краткая характеристика состояния системы управления
Сорвано Снижение возможностей системы управления противника на 70-80 %
Нарушено Снижение возможностей системы управления противника на 40-50 %
Затруднено Снижение возможностей системы управления противника на 20-30 %
В этих условиях трудно представить себе положение командира (начальника штаба, начальника оперативного отдела), которому начальники родов войск и специальных войск докладывают, например, результаты действий войск по выполнению одной из важных оперативных (тактических) задач - «дезорганизация управления противника», с использованием разных критериев и показателей.
Следует также отметить, что отсутствуют количественные оценки критериальных состояний системы управления противника, качественная оценка состояния системы управления определяется только пограничными значениями критериев огневого и радиоэлектронного поражения, оценка влияния критериальных значений состояния управления на реализацию боевого потенциала (БП) требует уточнения.
Очевидно, что использовать в автоматизированных системах управления (АСУ) штабов объединений и соединений приведенные в таблице 1 системы критериальных оценок весьма затруднительно. Также вызывают сомнения и предложенные оценки влияния состояния управления на реализацию боевого потенциала противника. Принятое в качестве приоритетного показателя эффективности «снижение возможностей систем управления в процентах» некорректно, т.к. существенно зависит от расчетного соотношения сил сторон [2].
В связи с этим ключевой доминантой в статье является оперативно-математический аспект формирования критериев и показателей эффективности дезорганизации управления войсками (силами) и оружием противника и их влияния на реализацию боевого потенциала.
Действующие в настоящее время в видах Вооруженных сил, родах войск и специальных войсках методики оценки эффективности дезорганизации управления трансформируются в задачи оперативно-тактических расчетов (расчетные задачи) для использования их в штабах в ходе подготовки и планирования боевых действий.
Не затрагивая вопросы удовлетворенности внутренних потребностей штабов объединений и соединений в разработанных расчетных задачах, следует заметить, что эти расчетные задачи (методики) должны быть согласованы с расчетными задачами, существующими в других видах Вооруженных сил, родах войск и специальных войсках. Это позволит создать единую методику оценки эффективности совместного применения разноведомственных сил и средств при дезорганизации управления войсками противника и критериальную основу оценки состояния систем управления противника.
В практической деятельности критерии или системы критериев устанавливаются (определяются), как правило, эмпирически и затем при необходимости уточняются с учетом опыта их применения и состояния методического обеспечения. В настоящее время рекомендована и утверждена начальником войск РЭБ ВС РФ система критериев оценки состояния управления войсками (силами) и оружием противника [3] в зависимости от эффективности функционирования управления (1) или эффективности дезорганизации управления (2):
Эсу > 0,8 - управление устойчиво 0,8 > Эсу > 0,6 - управление затруднено 0,6 > Эсу > 0,3 - управление нарушено Эсу < 0,3 - управление сорвано
(1)
Эду < 0,2 - управление устойчиво 0,2 < Эду < 0, 4 - управление затруднено 0,4 < Эду < 0,7 - управление нарушено Эду > 0,7 - управление сорвано
(2)
где Эсу и Эду - эффективность управления и эффективность дезорганизации управления
войсками (силами) и оружием соответственно.
При выборе показателя эффективности обычно ориентируются на основное функциональное назначение рассматриваемой системы. Процедура весьма важная и предопределят выбор математического аппарата. Как правило, эта процедура является прерогативой разработчика методики. Ошибочный выбор, казалось бы, очевидного показателя эффективности может привести к существенным затруднениям при обосновании способов его расчета при практическом применении. Например, в качестве показателя эффективности предлагается «вероятность выполнения типовой боевой задачи» [4]. Очевидно, что этот показатель существенно зависит не только от управленческих возможностей, но и от управляемого ресурса. В других источниках [5] показатель формулируется как превосходство над аналогичной системой противника, но такой показатель не характеризует влияние управления на соотношение сил, а в значительной мере определяет уровень технического превосходства одной системы над другой, не определяя собственной эффективности системы управления войсками. При этом следует заметить, что ни один из авторов не предлагает каких-либо методов оценки эффективности управления или дезорганизации для практического использования.
В условиях, когда в работу штабов интенсивно внедряются расчеты соотношения сил, базирующиеся на квалиметрических методах расчета боевых потенциалов сторон, при выборе показателя собственной эффективности системы управления следует учитывать сущность управления так, как она формулируется: «Сущность управления заключается в наилучшем использовании потенциальных возможностей войск в интересах успешного выполнения поставленных перед ними боевых задач» [6]. Это можно трактовать так, что в качестве показателя собственной эффективности управления в операциях и боевых действиях следует считать степень использования управляемого (расчетного) боевого потенциала.
Таким образом, в качестве показателя собственной эффективности системы управления можно принять степень реализации управляемого боевого потенциала войск, а в качестве показателя эффективности дезорганизации управления относительное или абсолютное снижение управляемого боевого потенциала войск противника. Другими словами, в условиях дезорганизации управления противник успешно реализует только часть боевого потенциала, условно названного «реализованный боевой потенциал».
Функционалы для расчета значения реализованного боевого потенциала (БПр)
за счет эффективности управления ( Эсу) или абсолютного (относительного) снижения боевого потенциала ( АБП ) за счет дезорганизации управления в общем случае имеет вид:
БПр = / (БПВВТ, ЭСу )
(3)
или
АБП = БПввт - БПр = / (БПВВТ , Эду ),
(4)
где БПВВТ - расчетное значение боевого потенциала.
Оценка эффективности управления и эффективности дезорганизации управления войсками (силами) и оружием должна проводиться с учетом прогнозируемых и ожидаемых параметров деструктивных воздействий на радиоэлектронные объекты системы управления. На современном этапе развития общей методологии «в качестве основных таких параметров использованы эффективности огневого и радиоэлектронного поражения элементов систем управления противника» [7]. Данная методика разработана и описана с приведением графоаналитических способов проведения расчетов в [8].
Следует заметить, что к настоящему времени достигнуто всеобщее понимание, что эффективность управления существенно влияет на реализацию боевого потенциала войск. Однако при этом отсутствует единый подход к методам расчета количественных оценок этого влияния. Подтверждением этому послужил анализ многих публикаций (лекций академии Генерального штаба, журналов «Военная Мысль», «Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук» и др.), который показал, что разброс мнений по этому вопросу весьма широк от прямой зависимости БПр = БПВВТ ■ Эсу до необходимости увеличения БПВВТ рассматриваемой группировки войск на величину этой же группировки, увеличенной на эффективность системы управления войсками, т.е. БПр = БПВВТ -(1 + Эсу) .
На наш взгляд, комментарии к этим предложениям не требуются, так как по существу они противоречат классическому определению боевого потенциала. Некоторые концептуальные документы определяют относительную долю снижения боевого потенциала при поражении командных пунктов (пунктов управления), не учитывая при этом, что вывод из строя командных пунктов (пунктов управления) или каналов связи принципиально не ведет к дезорганизации управления, так как такой вариант развития событий обязательно предусматривается при организации боевых действий и, в частности, организации управления.
Для определения степени влияния управления на реализацию боевого потенциала воинского формирования используется категория «коэффициент реализации боевого потенциала» ( Кр ), который является функцией от эффективности дезорганизации управления ( Эду ). В этом случае «задача оценки влияния эффективности управления на реализацию боевого потенциала состоит в определении функционала Кр = f (Эду ) при ограничениях, определяемых
оперативно-математическими аспектами влияния управления на реализацию боевого потенциала. В качестве таких ограничений использованы неформальные соображения, основанные на обобщении опыта решения родственных задач:
- существует нижнее значение эффективности дезорганизации системы управления, при котором боевой потенциал управляемого воинского формирования, группировки войск (сил) реализуется полностью: например, при Эду < 0,2 (управление устойчиво) - следует принять, что
бпр = бпввт ;
- существует верхнее значение эффективности дезорганизации системы управления, при котором реализуется только часть боевого потенциала управляемого воинского формирования, группировки войск (сил) - Н: например, при Эду > 0,7 (управление сорвано). При этом
предполагается, что на некотором интервале времени войска решают поставленные задачи в соответствии с ранее разработанными планами» [7].
Вопрос о значении доли реализованного боевого потенциала при срыве управления наименее исследован в практике, а в математических моделях боевых действий, как правило, либо не отображается, либо отображается на весьма низком уровне исследований. Целевой анализ доступных источников позволил экспертно определить значение этого параметра: для систем управления войсками - Н=0,5-0,75; для полевой артиллерии - Н=0,75; для войсковой ПВО - Н=0,85.
В области верхних и нижних значений незначительные приращения эффективности дезорганизации управления приводят к незначительным снижениям боевого потенциала. Это могут быть области изменения эффективности дезорганизации управления в интервалах Эд=. 0,3...0,4
В области средних значений прирост эффективности дезорганизации управления Эду = 0,5... 0,6 обеспечивает существенное снижение реализованного боевого потенциала.
С учетом приведенных ограничений эмпирическая функция для расчета коэффициента реализации боевого потенциала подобрана с использованием методов параболической и линейной интерполяции и имеет вид [8]
1, если Эду < 0,2
(5 - 5Н)• Э2^ +(7,5Н -7,5)-Э^ + 2,8-1,8• Эду,если 0,2 < Э^ < 0,4 2,3- 1,3Н -4(1 -Н)• Эду, если 0,4 <Э^ < 0,5 . (5)
(-5-5Н)• Э^ +(1, 5 + 5, 5Н)• Э^ + 0, 9 + 0, 1Н,если 0, 5<Э^ <0, 7 Н, если Эду > 0,7
К =
А Э
0,7
0,6
0,9
0,8
«
К X о
ч
(Я
<я а
с
^
к к я
<я сп К X
е &
2 0,4 «
л
13 о х
(Я
к
12 «
0,1 Н = 0,5
А БП-+
0,3
0,2
Н = 0,6 А БП*+
Н = 0,7
А БП-+
Н = 0,8 А БП+
Р
0,55 0,6 [0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 | 0,95 _Коэффициент реализации боевого потенциала_
0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
_Относительное снижение боевого потенциала_
0,64 0,68 0,72 0,76 0,8 0,84 0,88 0,92 0,97 1
0,4 0,36 0,32 0,28 0,24 0,2 0,16 0,12 0,08 0,04 0
0,73 0,76 0,79 0,82 0,85 0,88 0,91 0,94 0,97 1
0,3 0,27 0,24 0,21 0,18 0,15 0,12 0,09 0,06 0,03 0
0,82 0,84 0,86 0,88 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1*
0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02
Рисунок 1 - Номограмма расчета К и АБП в зависимости от эффективности дезорганизации управления
Приведенная выше функциональная зависимость (5) является общей для группировок войск и воинских формирований, для которых приемлемы сформулированные выше
0
0
ограничения. Варьируемыми параметрами являются значение доли боевого потенциала, реализуемого при срыве управления ( H ), и эффективность дезорганизации управления войсками противника ( Эду ).
На рисунке 1 приведена номограмма для расчета коэффициентов реализации боевых потенциалов воинских формирований противника, при условии, что противник эффективно реализует 50 %, 60 %, 70 % и 80 % расчетного боевого потенциала при срыве управления. Приведенная номограмма позволяет рассчитывать также относительное снижение расчетного боевого потенциала противника АБП .
Выводы. Использование единых показателей, критериев эффективности дезорганизации управления войсками (силами) и оружием противника и способов их расчета обеспечит объективность получаемых результатов дезорганизации управления, а также позволит упорядочить применение различных методов оценки эффективности воздействий на объекты системы управления войсками (силами) и оружием, добиться сопоставимости получаемых результатов в штабах объединений, соединений и частей различных видов Вооруженных сил, родов войск и специальных войск в современных и перспективных формах военных действий.
Разработанные предложения прошли апробацию на учениях и командно-штабных тренировках и получили положительные отзывы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михненок В.Н., Шатько В.И. Критерии и показатели эффективности огневого поражения противника // Вестник Академии военных наук. 2013. № 2. С. 89-96.
2. Кондратьев В.В., Кузнецов Н.Н. Эффективность систем управления общевойсковых тактических формирований, общая методология его прогнозирования и оценки // Вестник Академии военных наук. 2014. № 3. С. 75-81.
3. Анохин В.А., Холуенко Д.В., Громыко Н.М. Оценка эффективности дезорганизации информационно-управляющих систем общевойсковых оперативных и тактических формирований противника (практические аспекты) // Вестник Академии военных наук. 2019. № 3. С. 69-75.
4. Рябчук В.Д., Ничипор Ю.И. Проблемы теории и практики создания единой автоматизированной системы управления тактического звена // Военная Мысль. 2010. № 5. С. 55-61.
5. Петров В.П., Сосюра О.В. Теоретические основы оценки управления войсками // Военная Мысль. 2001. № 11. С. 65-71.
6. Сосюра О.В. Расчет обобщенных показателей боевых возможностей войск в операциях (боевых действиях) с учетом эффективности управления ими (потенциально-долевой метод) // Военная Мысль. 1997. № 5. С. 33-43.
7. Холуенко Д.В., Анохин В.А., Громыко Н.М. Учет эффективности систем разведки и управления при расчетах боевых потенциалов воинских формирований // Военная Мысль. 2016. № 10. С. 40-43.
8. Практические рекомендации по дезорганизации информационно-управляющих систем оперативно-тактического и тактического звеньев, способы дезорганизации задач оценки эффективности: Монография / В.А. Анохин, Д.В. Холуенко, Н.М. Громыко, А.С. Коробейников. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2018. 169 с.
REFERENCES
1. Mihnenok V.N., Shat'ko V.I. Kriterii i pokazateli " effektivnosti ognevogo porazheniya protivnika // Vestnik Akademii voennyh nauk. 2013. № 2. pp. 89-96.
2. Копёга1;'еу У.У., К^песоу NN. 'ЕГГеЫупоБ^ 8181еш иргау1ешуа оЬ8сЬеуо]8коууЬ 1акйске8кШ Гогш1гоуапу, оЬвсЬауа ше1;оёо1о§1уа е§о рго§по21гоуашуа 1 осепк1 // Уев1шк Лкаёешп voennyh паик. 2014. № 3. рр. 75-81.
3. ЛпоЫп У.Л., Но1иепко Б.У., Огошуко К.М. Осепка "еГГекйуповй ёе2ог§аш2асп тГогшасюппо-иргау1уаушсЫк Б1в1еш оЬ8сЬеуо]8коууЬ орегайупуЬ 1 1ак11сЬе8кШ Гогш1гоуапу protivnika (prakticheskie aspekty) // Vestnik Akademii voennyh паик. 2019. № 3. рр. 69-75.
4. ЯуаЬсЬик У.Б., МсЫрог Уи.1. РгоЬ1ешу 1еогп 1 ргакйЫ во2ёашуа еёто] ау1;оша1;121гоуаппо] sistemy upravleniya takticheskogo zvena // Voennaya Mysl'. 2010. № 5. рр. 55-61.
5. Ре1хоу У.Р., Бовуига О.У. ТеогейсЬевЫе овпоуу осепк1 иргау1еп1уа уо]Бкаш1 // Уоеппауа Mysl'. 2001. № 11. рр. 65-71.
6. Бовуига О.У. Яа8сЬе1 оЬоЬвсЬеппуЬ рока2а1е1е] ЬоеууЬ уо2шо2Ьпо81е] уо]Бк у орегаауаЬ (ЬоеууЬ ёе]81у1уаЬ) б исЬе1;ош 'еГГекйуповй иргау1еп1уа 1ш1 (ро1епс1а1'по-ёо1еуо] ше1;оё) // Уоеппауа Му^'. 1997. № 5. рр. 33-43.
7. Но1иепко Б.У., ЛпоЫп У.Л., Огошуко К.М. ИсЬе1 "еГГекйуповй 8181еш га2уеёк1 1 иргау1еп1уа рг1 га8сЬе1аЬ ЬоеууЬ ро1епс1а1оу уотвкШ Гогш1гоуапу // Уоеппауа Мув1'. 2016. № 10. рр. 40-43.
8. РгакйсЬевЫе гекошепёасп ро ёе2ог§аш2асп тГогшасюппо-иргау1уаушсЫк 8181еш орега11упо-1ак11сЬе8ко§о 1 1аЫске8ко§о 2уеп'еу, БровоЬу ёе2ог§аш2асп 2аёасЬ осепк1 'еГГекйуповй: Мопо§гайуа / У.Л. ЛпоЫп, Б.У. Но1иепко, К.М. Огошуко, Л.Б. КогоЬе]шкоу. Уогопе2Ь: УиКС УУБ «УУЛ», 2018. 169 р.
© Холуенко Д.В., Анохин В.А., Колесников И.И., 2022
UDK 355.5:623.1 GRNTI 78.19.13
on THE NEED to coordinate performance indicators AND CRITERIA for the enemy troops and weapons management disorganization
D.V. HOLUENKO, Candidate of Military Sciences, Associate Professor V.A. ANOHIN, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher I.I. KOLESNIKOV, Candidate of Military Sciences, Associate Professor
The article considers generalized quantitative and qualitative characteristics of the enemy troops (forces) and weapons control disorganization problem. It is shown that in the structural divisions of the headquarters of associations and formations of the Armed Forces, branches of the Armed Forces and special forces, various performance indicators and systems of criteria are used to assess the effectiveness of management disorganization. Proposals have been developed for unified performance indicators and criteria for disorganization of the enemy troops (forces) and weapons management. The empirical function for calculating the combat potential realization coefficient is determined. A nomogram for calculating the enemy's military formations combat potentials realization coefficients and the relative decrease in the estimated combat potential of the enemy is presented.
Keywords: criterion, efficiency indicator, disorganization of command and control, control status, combat potential, estimated combat potential, realized combat potential, destructive impact, fire damage, electronic defeat.
УДК 629.735:629.764 ГРНТИ 78.25.15
АЛГОРИТМЫ СИНТЕЗА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОПЕРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
A.Ю. НИКОЛАЕВ
B.В. ШМЕЛЁВ, доктор технических наук, доцент
Рассматривается задача совершенствования организации вычислительных процессов обработки измерительной (телеметрической) информации, полученной при испытаниях и применении космических средств. Для автоматизации проектирования соответствующих вычислительных процессов предлагается использовать и описаны алгоритмы синтеза функционально-логических схем. Приведен пример алгоритма верификации синтезированных схем с целью поиска семантических и синтаксических ошибок. Особенностью рассматриваемого материала является проекция прикладных ошибок в алгоритмах обработки информации на ошибки в синтезированных схемах и наоборот. Направлением применения аппарата является проверка специального программного обеспечения обработки телеметрической информации и диагностирования технического состояния космических средств в реальном масштабе времени.
Ключевые слова: модель вычислительного процесса, сети Петри, алгоритм обработки измерительной информации, сетевая модель.
Введение. Пуск ракеты космического назначения (РКН), как сложного технического объекта - трудоемкий и ответственный технический процесс, для обеспечения которого требуется значительное количество технологического оборудования и людского ресурса. Во время пуска необходимо обеспечивать слаженную работу всех наземных систем, осуществлять управление бортовыми системами (БС) в процессе пусковых операций, управлять наземным оборудованием. Во время пуска и непосредственно после проведения работ необходимо оперативно представлять в вышестоящие органы управления информацию различного рода, например, принятую траекторную и телеметрическую информацию (ТМИ) от измерительных комплексов (пунктов). И если комплекс автоматизированного управления технологическим оборудованием наземных систем успешно внедрен и реализуется на российских космодромах, то обработка и анализ результатов телеметрических измерений на активном участке полета РКН, а также оперативное доведение полученных результатов до различных органов государственного управления, либо представителей промышленности - на сегодняшний день выполняются практически вручную. В настоящее время обработка и анализ ТМИ РКН, а также выводы о техническом состоянии их БС делаются на основании допускового контроля значений телеметрируемых параметров (ТМП). Учитывая почти полное отсутствие автоматизации процесса анализа, номера боевого расчета анализа летно-технических характеристик решают данную задачу практически в ручном режиме, основываясь на собственном опыте. Для интерпретации результатов контроля и формирования выводов о техническом состоянии космических средств требуется постоянное обращение к эксплуатационно-технической документации, содержащей необходимые сведения о функциональных связях между БС, а также зависимостях между состояниями БС и ТМП.
Актуальность. В условиях ограниченности временных ресурсов, характерной для анализа ТМИ в «реальном масштабе времени», полнота оценок летно-технических характеристик РКН при требуемой достоверности выводов о техническом состоянии их БС не может быть обеспечена. В прикладном отношении это является следствием отсутствия или недостаточной проработки алгоритмов автоматизации процессов подготовки и верификации специального программного обеспечения (СПО) оперативного диагностирования технического состояния космических средств в условиях ограниченности временных ресурсов.
Поэтому задача создания и внедрения автоматизированной системы обработки и анализа телеметрической информации остается актуальной. Модельной основой такой системы должны стать рассматриваемые в настоящем материале функционально-логические схемы (ФЛС) оперативной обработки телеметрической информации космических средств. Алгоритмической основой подготовки исходных данных для функционирования такой системы должен стать алгоритм синтеза указанных схем, также предлагаемый в настоящем материале.
Постановка задачи синтеза функционально-логических схем. Концептуально синтез ФЛС обработки ТМИ должен осуществляться в следующие три этапа [1]:
I. Интерпретация исходной информации - спецификации процесса обработки ТМИ с целью подготовки спецификации синтезируемой схемы;
II. Синтез и верификация ФЛС обработки ТМИ на основе модифицированных сетей Петри и G-сетей;
III. Прикладная организация вычислений на основе детерминированного подхода к функциональному диагностированию БС РКН.
Интерпретация исходной спецификации процесса обработки ТМИ (этап I) является вариативным процессом, зависящим от конкретного вида исходной информации. В настоящее время в предметной области автоматизации обработки и анализа ТМИ отсутствуют единые стандарты описания рассматриваемых процессов. Для каждого вида КСр предприятия-разработчики предлагают уникальные структуры баз исходных данных обработки измерительной информации, содержащие порядок коммутации параметров в групповом телеметрическом сигнале, параметры тарировки и калибровки каналов телеметрической системы [2]. В силу данной причины разработка универсального алгоритма формирования спецификации ФЛС является нецелесообразной.
Синтез схем (этап II) заключается в формальном преобразовании спецификации непосредственно в ФЛС. При этом необходимо обеспечить выявление и при возможности парирование семантических и синтаксических ошибок. Данный этап подробно рассматривается в статье.
Прикладная организация вычислений (этап III) должна осуществляться по соответствующей информационной технологии. Под последней понимается [3] порядок получения результатов обработки и анализа ТМИ на ЭВМ при штатной работе специалистов соответствующего направления. Основой информационной технологии является многократно успешно применяемая на практике концепция программной реализации функционирования сетей Петри, G-сетей [4].
Рассмотрим подробно этап синтеза схем (этап II). Исходными данными для синтеза являются следующие множества и кортежи:
1. R = {S, L) - исходная спецификация процесса обработки ТМИ, где:
- S = {Sj k = 1,...,card(Is)} - множество операций процесса R'; IS - множество номеров
операций. Под операциями процесса обработки ТМИ понимаются операции предварительной, первичной и вторичной обработки;
- L = {lj k = 1,...,card(Is)} - множество кортежей lk =(Kk(x)), обусловливающих
выполнение операции Sj ;
- Kkjx) = (Bb(k)(x),Bfk)(x- управляющий кортеж операции Sk ;
- Бъ{ к )(х) - предикатное выражение, определяющее условие начала выполнения операции;
- Б^(к)(х) - предикатное выражение, определяющее условие окончания выполнения операции;
- х - аргумент предикатных выражений Бъ{к)(х) и Б/(к)(х), х е X ;
- X - множество типов переменной х, каждый тип переменной х - это конкретный ТМП или вычисляемая летно-техническая характеристика объекта контроля.
2. Я = (£, Q,У) - структура ФЛС обработки ТМИ (схема Я ), где £ = {^к|к = 1, К| -
множество операций обработки ТМИ; $к - к -ая операция, входящая в схему Я ; К - количество операций обработки ТМИ. Обработка ТМИ при выполнении операции зк заключается в формировании из значений входных переменных значений выходных переменных;
- Q = \р.11 = 1, - множество управляющих функций обработки ТМИ схемы Я , функция
Ql содержит предикатное выражение ^, аргументами которого являются выходные переменные операций. Выходная переменная управляющей функции принимает соответствующее бинарное значение в зависимости от результата вычисления истинности выражения ^ и является
разрешительной (управляющей) переменной для операций обработки ТМИ. Выходные переменные управляющих функций являются результатами оперативного диагностирования технического состояния объекта контроля;
- У = |]к |к = 1, К| - множество функций инцидентности схемы Я , функция ]к описывает
связи входных переменных операции 8к, выходных переменных операции 8к, разрешительной
(управляющей) переменной операции 8к, входных переменных управляющей функции Ql,
выходной переменной управляющей функции Ql.
Требуется найти отображение Рго:Я'^Я, такое, что: 3 // = (//, П /]2 П //з) ~~ оператор
семантической верификации схемы Я, где именно цх - предикат проверки непротиворечивости;
г/2 - сохраняемости и г/3 - незацикленности схемы Я .
Для представления структуры операции используется следующий кортеж (индекс к опущен)
s =
(p,M, X, ZP(0, TM(,), o, ZF(0, F, h) ,
где:
1. p - разрешительная переменная операции обработки ТМИ - результат вычисления предшествующей управляющей функции, принимающий бинарные значения;
2. M: p ^{0,1} - функция разметки, которая разрешительной переменной p операции
обработки ТМИ ставит в соответствие элемент множества {0,1};
3. X = {x.. = 1...card(X)} - конечное множество характеристик объекта, типов ТМП, результатов обработки ТМП;
4. ZP = ZPjn{%] U = |zPi(.) |7 G card(Z/J)j - конечное непустое множество переменных операции обработки ТМИ, ZPjn^, ZPout^ - множества, соответственно, входных и выходных переменных, (•) - тип аргумента из множества X;
5. ZM^ : ZP ^ D) - функция разметки, которая каждой переменной zpi = 1....card(ZP^ ) ставит в соответствие элемент d^ некоторого множества 1).. . возможных значений аргумента ( ), таким образом zm^ : zp^ е Z)(>);
6. o:ZPnHxp^ZPa<tH - оператор обработки ТМИ, который по значению входной переменной из множества ZPjn^ при истинном значении разрешительной переменной р формирует значение выходной переменной из множества ZPout^;
7. ZF^ : ZPjn^ хо —»{0,1} - входная функция инцидентности, описывающая всегда однократную дугу от входной переменной zp^ е к оператору о обработки ТМИ, ставящая в соответствие каждой паре ^zp^у o^J элемент множества {0,1};
8. F: p х o ^{0,1} - входная функция инцидентности, описывающая всегда однократную дугу от разрешительной переменной p операции обработки ТМИ к оператору o обработки ТМИ, ставящая в соответствие каждой паре (p, Oj элемент множества {0,1};
9. Н :oxzp^ -^-{0,1} - выходная функция инцидентности, описывающая всегда однократную дугу от оператора о обработки ТМИ в выходную переменную zp^&ZPout^
и ставящая в соответствие паре ^o, zp^ элемент множества {0,1}.
Управляющая функция ФЛС обработки ТМИ - это кортеж следующей структуры (индексы обозначения функции и элементов кортежа опущены)
Q = ( X, q(-), Zp.}, p, M, zt, ZF()], H, ZM(.})
где:
1. X = {хг|. = 1...card(X)} - конечное множество характеристик объекта, типов ТМП,
результатов обработки ТМП;
2. q^ - предикатное выражение, аргументами которого являются характеристики объекта
контроля, типы ТМП, типы результатов обработки ТМП - вычисляемых параметров. При подстановке значений элементов множества X выражение формирует результат логического типа: «выражение истинно» (true), «выражение ложно» (false), ( ) - тип аргумента из множества X;
3. ZP, , =
н=Ц.)
7=1.. .card (
^Zi^jJ - конечное непустое множество входных переменных
управляющего оператора - аргументов предикатного выражения q^, (•) - тип аргумента из множества X;
4. p - выходная переменная управляющего оператора - результат вычисления предикатного выражения, принимающая бинарные значения;
5. M: p ^{0,1} - функция разметки, которая выходной переменной p ставит
в соответствие элемент множества {0,1}. При q^ =' false' ^ m (p ) = 0, при
а, =' true'
лx)
m
( p )=1;
6. - управляющий оператор, которому сопоставлено предикатное выражение £/. _.;
ы Э1
и
7. Z/^j: ZP^ х zt^ —»{0,1} - входная функция инцидентности, описывающая всегда однократную дугу от входной переменной zp.^ i = 1...card^ZP^j к управляющему
оператору zt^, ставящая в соответствие каждой паре ^zp, zt^ элемент множества {0,1};
8. Н: zt^ хр —»{ОД} - выходная функция инцидентности, описывающая всегда однократную дугу от управляющего оператора zt^ в выходную переменную р и ставящая
в соответствие паре (^zt^, pj элемент множества {0,1};
9. ZM^'.ZP^^-D^ - функция разметки, которая каждой входной переменной
zp.(.) i = 1...card ^ZP^ j ставит в соответствие элемент d^ некоторого множества D^ возможных
значений аргумента (•), таким образом zm^ : zp^ ^D^.
Зададим J = {jk\k = 1...K} - множество функций инцидентности между операциями обработки ТМИ. Элемент данного множества можно представить, как следующий кортеж
jk =J ,хZP^ ^{0,1},p«xp« ^{0,1}),J%:Z^xZP^ ^{0,1}).
Интерпретировать данную формальную запись необходимо следующим образом. Функция инцидентности jk k-ой операции обработки ТМИ состоит из входной функции инцидентности
J.kj и выходной функции инцидентности jOt. Входная функция инцидентности JЩj состоит из
функции инцидентности между выходными переменными /-ой операции из множества ZP^j^ и
входными переменными данной операции, а также из функции инцидентности между выходной переменной 1-ой управляющей функции и разрешительной переменной данной операции.
Выходная функция инцидентности J^t определяет связь между выходными переменными
данной операции и входными переменными m-ой операции. Все связи однократные. Ограничениями решения поставленной задачи являются допущения о:
- существовании исходной спецификации процесса обработки ТМИ, представленной в соответствии с данной постановкой;
- существовании информационной технологии, реализующей синтезированную ФЛС обработки ТМИ.
Искомое отображение Pro представим в виде комплекса алгоритмов по преобразованию исходной спецификации процесса обработки в ФЛС обработки ТМИ.
Схема синтеза ФЛС. Синтез ФЛС является сложным двухэтапным процессом. С целью обеспечения конструктивности процесса синтеза необходимо рассмотреть его функциональную структуру. Соответствующая схема представлена на рисунке 1.
Интерпретация исходной информации в предметной области вычислений является содержанием первого этапа.
Второй этап - это этап непосредственного проектирования схемы, заключающийся в последовательном наполнении схемы необходимыми фрагментами (подэтапы 3-7) и ее корректировке с целью придания ей требуемых свойств (подэтапы 8-12). Корректировкой обеспечивается семантическая управляемость синтеза. В процессе создания схемы программы осуществляется не только синтаксическое преобразование информации о дискретном процессе, но и имеется возможность учета новой информации, недоступной для описания в существующем виде.
Операция s2 для ТМП2
Формирование предиката ВЬ(3)(ТМП1, ТМП2)
Определение режима БС по предикату ВЬ(3)(ТМП1, ТМП2)
Ввод ТМП3
Операция s3 для ТМП3
Формирование предиката В«Г)(ТМП3)
Допусковый контроль режима БС по предикату В.п(ТМП3)
Вывод результата
Конец
Рисунок 1 - Схема этапов синтеза и верификации
Подэтап 3 состоит в формировании элементов множества £. Каждый элемент данного множества соответствует операции обработки ТМИ с установленными характеристиками. Типом операции обработки называется операция дешифровки ТМП, операция повышения достоверности значений ТМП, операция снижения избыточности ТМП. Присвоение типу
операции обработки значений характеристик позволяет говорить о создании элемента sk
к = 1, К
множества £ - экземпляра операции обработки. Каждый тип операции обработки имеет собственный набор характеристик. Формирование экземпляров управляющих функций
заключается в синтезе необходимого количества элементов Q¡ I = 1, Ь множества Q. Вид
каждого экземпляра определяется рассмотренной ранее структурой Я = ( £, Q, У) ФЛС обработки ТМИ.
Подэтап 4 состоит в сопоставлении каждому экземпляру операции обработки соответствующего содержания характеристики операции. В качестве примера следует привести данные столбца 5 таблицы 1, где представлено описание значений характеристик.
Подэтап 5 заключается в задании значений входных переменных операций обработки ТМИ. На этапе II задание значений входных переменных соответствует установке сопряжения синтезируемой схемы с источниками измерительной, служебной и дополнительной (статистической) информации.
Как в программе вычислений свойства программы определяются значениями переменных, получаемыми при их инициализации, так и свойства синтезируемой ФЛС обработки ТМИ
определяются заданием областей применимости экземпляров управляющих функций Q¡ I = 1, Ь
из множества Q. Областью применимости управляющей функции Ql называется область значений входных переменных, при попадании в которую значения переменных обеспечивают истинность предикатного выражения д1.
Таблица 1 - Интерпретация ошибок в ФЛС обработки ТМИ
№ п/п Модельный уровень сетей Петри (СП) Прикладной уровень ФЛС обработки ТМИ
Свойство сетей Петри Способ выявления Способ компенсации Ошибка при обработке ТМИ Ошибка в ФЛС обработки ТМИ Способ выявления Способ компенсации
1. Достижимость Анализ сети на основе матричных уравнений Ввод дополнительных элементов Остановка обработки ТМИ Некорректность (невозможность совпадения допусков и значений ТМП) Анализ областей применимости управляющих операторов Добавление управляющих операторов с «недостающей» областью применимости
2. Сохраняемость Анализ сети на основе р-инвариантов Повышение кратности дуг Результаты телеизмерений обрабатываются не полностью Безрезультативность (неуменьшение количества переменных, циркулирующих в ФЛС) Анализ матричного уравнения для эквивалентной вычислительной сети Добавление операции прореживания
3. Устойчивость Анализ сети на основе ^инвариантов Ввод дополнительных переходов Бесконечное повторение обработки ТМИ Зацикленность (повторение значений входных и выходных переменных ФЛС) Добавление связей между элементами ФЛС
Действия в программе вычислений определяются условиями переходов вычислений. В синтезируемой ФЛС действия определяются связями ]к к = 1, К из множества J связей между
операциями обработки и управляющими функциями. Данные связи осуществляются с помощью передачи значений переменных различных видов между операциями обработки и управляющими функциями.
Априорная семантическая верификация синтезированной на подэтапах 3-7 ФЛС составляет содержание подэтапов 8-12. Верификация заключается в формальном поиске ошибок в синтезированной схеме. Каждая ошибка является причиной неправильных результатов обработки ТМИ. Поэтому их выявление - важная задача синтеза.
Первоначальным шагом (подэтап 8) верификации является верификация ФЛС путем проверки свойства достижимости с целью выявления ошибки в корректности области применимости управляющей функции и области определения ее аргументов.
Для проведения последующих подэтапов верификации необходимо преобразовать синтезированную ФЛС в эквивалентную вычислительную сеть. Цель преобразования -обеспечение возможности верификации свойств результативности и незацикленности. Данное преобразование осуществляется на подэтапе 9.
Очередным подэтапом (подэтап 10) верификации является верификация ФЛС путем проверки свойства результативности с целью выявления ошибки неоднозначности результата обработки ТМИ.
Заключительным подэтапом верификации (подэтап 11) является верификация ФЛС путем проверки свойства незацикленности с целью выявления ошибки циклического выполнения.
В заключении на подэтапе 12 осуществляется коррекция ФЛС обработки ТМИ для компенсации выявленных ошибок.
Самым трудоемким является этап II синтеза и верификации, поэтому именно данному этапу будет в дальнейшем уделено основное внимание.
Формирование исходной спецификации ФЛС обработки ТМИ. Синтез ФЛС удобнее всего показать на типовом примере. Для рассмотрения подэтапов 1-7 схемы синтеза ФЛС
(рисунок 1) введем исходную спецификацию Я' = (£, Ь процесса обработки измерительной информации, схема данного процесса представлена на рисунке 2.
I. Интерпретация исходной информации
1. Сбор и подготовка существующих спецификации алгоритмов обработки ТМИ
2. Формирование
исходной спецификации ФЛС
II. Синтез и верификация ФЛС обработки ТМИ
задача 1. формирование структуры флс
3. Генерация экземпляров операций и управляющих функций
4. Формирование функционального содержания экземпляров операций
5. Задание начальных значений входных и выходных переменных операций и упр. функций
задача 2. задание свойств флс
6. Задание областей применимости управляющих функций
задача згФорМирование
действий в флс
7. Задание функций инцидентности между операциями и управляющими функциями
задача 4. априорная семантическая верификация флс
8. Верификация корректности ФЛС
9. Преобразование ФЛС в эквивалентную вычислительную сеть
10. Верификация результативности ФЛС
11. Верификация незацикленности ФЛС
12. Коррекция ФЛС
Рисунок 2 - Схема процесса обработки измерительной информации
Процесс обработки измерительной информации включает три операции обработки £ = ^, / = 1,з|, два условия обработки Ь = , / = 1,2|. Обработка ТМИ в соответствии со схемой,
представленной на рисунке 2, заключается в выполнении следующего алгоритма. Исходные данные - ТМП1 и ТМП2 обрабатываются операциями 51 и 52 с целью повышения достоверности значений данных параметров. Затем результаты обработки в качестве аргументов участвуют в предикатном выражении ВЬ(3)(ТМП1, ТМП2), обусловливающем начало выполнения операции
обработки 53. Предикатное выражение ВЬ(3) задает условие для идентификации режима работы
БС. При соответствии режима работы требуемому режиму осуществляются операция обработки 53 с целью повышения достоверности значения ТМП3 и допусковый контроль значения параметра ТМП3 с помощью предикатного выражения В(3)(ТМП3) .
Представим формальный состав множеств £ и Ь, входящих в Я' = (£, Ь для схемы
обработки ТМИ, представленной на рисунке 2. Указанные элементы формируются по приведенному при постановке задачи описанию структуры исходной спецификации Я' в следующем виде:
- Я = {£, Ь) - исходная спецификация процесса обработки ТМИ;
- £ = {£¿1 к = 1,3} - множество операций обработки, все операции предназначены для повышения достоверности значений ТМП;
- к3( тмп\, тмп 2) = (
условие выполнения операции S3,
- L = {/J k = 1,3} - множество условий формирования траектории процесса обработки ТМИ, спецификацией задаются только условия начала выполнения операций;
- X = {ТМП1, ТМП2, ТМП3} - множество ТМП, обрабатываемых схемой R';
- К1 (ТМП1) = (3 ТМП1,0) - условие выполнения операции S1, заключающееся
в существовании значения ТМП1 для начала выполнения операции, для окончания выполнения операции условие не задается;
- К2(ТМП 2) = (3ТМП 2,0) - аналогично условию для операции S1;
I Pr ( Bb(3) (ТМП1, ТМП 2) ) = true\ yPr ( Bf (3)(ТТМП 3) ) = true
заключающееся в истинности предиката идентификации режима работы БС - условие начала операции, истинности предиката допускового контроля состояния БС - условие окончания операции.
Таким образом, итогом работы схемы на рисунке 1 является результат допускового контроля значения параметра ТМП3 в требуемом режиме работы БС объекта контроля, режим определяется значениями параметров ТМП1 и ТМП2. Представленное формальное описание кортежа R = (S, L является исходной спецификацией ФЛС обработки ТМИ.
Синтез ФЛС обработки ТМИ. Подэтап 3 этапа II заключается в формировании структуры синтезируемой ФЛС обработки ТМИ. При этом генерируется требуемое количество экземпляров операций и управляющих функций обработки ТМИ. В соответствии с исходной спецификацией R = {S, L} процесса обработки ТМИ получим:
- S = {sk\k = 0} ;
- Q = {Q/|/ = Ц .
Подэтап 4 состоит в задании функционального содержания экземпляров операций обработки ТМИ в соответствии с предназначением: повышение достоверности, снижение избыточности, арифметические операции с ТМП и т.д.
На подэтапе 5 формируются входные и выходные переменные операций и управляющих функций. Перечень переменных определяется аргументами предикатов, входящих в условия
L = {/J k = 1,3} формирования траекторий выполнения процесса обработки ТМИ.
Области применимости управляющих функций задаются на подэтапе 6 в соответствии с предикатными выражениями К3(ТМП1,ТМП2). Выражения для К1(ТМП1) и К2(ТМП2) реализуются с помощью разрешительных переменных для операций S1 и S2:
q( Х1. , 2) : (d3( )+ d4( x2 0 и q( ,3) : X3 0.
На подэтапе 7 с помощью функций инцидентности задаются действия в синтезируемой ФЛС обработки ТМИ. Это осуществляется с помощью соединения переменных в соответствии с заданными предикатными выражениями.
В результате выполнения подэтапов 3-7 синтезируется ФЛС обработки ТМИ, представленная на рисунке 3.
ФЛС на рисунке 3 содержит три операции обработки ТМИ: S1, S2 и S3, две управляющие функции: Q1 и Q2, использует три типа ТМП: ТМП1, ТМП2 и ТМП3, четыре разрешительных переменных: p1, p2, p3, p4. Функционирование представленной схемы описывается следующим образом. Входные переменные zp1(., zp2(.и zp5(.содержат значения измеряемых параметров
Э1
и
ТМП1, ТМП2 и ТМП3 типов х1, х2, х3, поступающие на вход ФЛС. Операции обработки ТМИ ^ и 52 формируют вычисляемые значения параметров типов х1 и х2.
гр1 5
р1
Х1
гр2 52
Р2
4 ->
иХ2
Хз
Рисунок 3 - ФЛС обработки ТМИ
Разрешительные переменные р1 и р2 разрешают к выполнению операции 51 и s2, значения данных переменных формируются внешними ФЛС. Переменные гр^и гр4(.входят и в множество выходных переменных операций 51 и 82, ив множество входных переменных управляющего оператора Q1, которому сопоставлено предикатное выражение дх1 х ^. В качестве
примера примем, что дх1х2у. ^ + й4(.)> 0. Данная запись означает, что управляющий оператор Q1 сформирует истинное значение разрешительной переменной р3 при положительной сумме значений х ^ и й4(.х ^ в переменных, соответственно, гр^и гр4(.. При истинном
результате выполнения последнего предикатного выражения операция я3 становится разрешенной к выполнению. Данная операция обрабатывает ТМП типа х3 , значения которого поступают во входную переменную гр^. Результат обработки того же типа проходит контроль в управляющем операторе Q2 по сопоставленному предикатному выражению . В качестве примера примем, что : ^ > 0. Данная запись означает, что управляющий оператор Q2 сформирует истинное значение разрешительной переменной р4 при положительном значении йцв переменной гр^. Таким образом, ФЛС, представленная на рисунке 1, осуществляет допусковый контроль вычисляемого параметра типа х3 при условии положительного значения суммы вычисляемых параметров типов х1 и х2. Формальное содержание операторов о1, о2 и о3 операций 51, я2 и я3 обработки ТМИ не приводится. В качестве их содержания могут выступать,
например, арифметические действия или классические функции повышения достоверности значений, или снижения избыточности ТМИ.
Теоретико-множественное описание ФЛС, представленной на рисунке 3, содержит следующие элементы:
£ = ь,\к = 1,3
= 1,3};
е={<а|/=1,2};
3 = { ]к\к = й};
1р1г т (Р1 ) = 0, X = {«1},
ЩхХ) = [2РпАх 1) = {2Р1(х1)}и2Р0Цх1) = {^3(Х1)})
гт,
(р«1)) = 0 т«1)( 2Рз(«1)) = 0 ^
(«1)1
Щ«1): Р«1) х °1 —1 Р : Р1 х О —1Н : О х Р«1) —1
01=
= {«1, «2 } , Ч(«1,«2) : (К3(« ) + К4(«2) ) ^ 0
1Р{«,«2 ) = {7Рз(«1), ^«1) } , Рз , т (Рз ) = 0
«,«2 ) = 01, 7Р(«,«2) : {^Рз(«1) х 01 — 1, ^4(«2) х 01 — !} , / \Н : 01 х Рз — 1, т«1) (^Рз(«1)) = 0 2т(«2) (^4(«2)) = 0
к =
(л- :(
я*]
щ
1(«!) — I, р(/) х р — ^ ^ : 2рз«!) х £ — ^ .
Выше представлено описание ФЛС только для операции обработки 51, управляющей
функции 01 и функции инцидентности ]1. Описание для остальных элементов схемы рисунка 3
не приводится в целях сокращения объема материала. Оно составляется аналогично представленному.
Верификация ФЛС обработки ТМИ. Верификация синтезированной ФЛС обработки ТМИ состоит в формальном поиске ряда ошибок. В таблице 1 представлена интерпретация ошибок на модельном уровне сетей Петри (столбцы 2-4) и на прикладном уровне ФЛС обработки ТМИ (столбцы 5-8).
Первым этапом верификации является верификация ФЛС путем проверки свойства достижимости с целью выявления ошибки в корректности области применимости управляющей функции и области определения ее аргументов. Данный тип ошибки в ФЛС обработки ТСМИ рассмотрен в строчке 1 таблицы 1. Алгоритм выявления ошибки корректности ФЛС обработки ТМИ заключается в проверке корректности каждой управляющей функции в отдельности и последующей проверке корректности всей ФЛС в целом.
Рассмотрим проверку корректности управляющей функции в отдельности. Область
применимости (д«^) управляющего оператора управляющей функции
0 = ^X, , ^р^, Р,М, г/, ^^, Н, - это множество или область значений аргумента «,
удовлетворяющая равенству
О
>( д(«)) = {
д(«)
К
Управляющая функция 0 с предикатным выражением д^ в управляющем операторе
(«)
выполнима, когда
ы
Критическая ошибка в ФЛС, связанная с корректностью управляющей функции, может возникнуть в двух случаях. Первый наступает при выполнимости управляющей функции всегда, т.е. при любых значениях сопоставленного аргумента (аргументов). Второй наступает при невыполнимости управляющей функции также всегда, т.е. при любых значениях сопоставленного аргумента (аргументов).
Управляющая функция Q с предикатным выражением д^ в управляющем операторе всегда выполнима, если
х ^ гР{ И (х )Е И (д{ х}).
Управляющая функция Q с предикатным выражением д^ в управляющем операторе
11 \ (х)
никогда не будет выполнена в случае, если
X =!
Рассмотрим проверку корректности ФЛС в целом на примере схемы, содержащей две управляющих функции. Для ФЛС, содержащей большее количество управляющих функций, порядок верификации осуществляется аналогичным порядком.
Пусть I = 1,2 и аргументы предикатных выражений принадлежат одному типу из множества X. Тогда необходимым условием существования результата работы синтезированной схемы является пересечение областей применимости управляющих функций I = 1,2 . Областью определения ФЛС Я называется область значений аргумента предикатных выражений, образованная пересечением областей применимости входящих в схему управляющих операторов.
В формальном виде необходимое условие выполнения данных управляющих функций - это выполнение следующего уравнения
^ !
где:
И (Чч х)) - область применимости управляющего оператора ^, входящего в управляющую функцию Ql схемы Я;
И (д2( х)) - область применимости управляющего оператора ^ ^; Ищх) - область определения схемы Я по аргументу х.
Таким образом, критическая ошибка в ФЛС (некорректность схемы) возникает, когда управляющие функции не могут быть выполнены одновременно при любых значениях аргумента х.
Рассмотрим порядок верификации схемы, представленной на рисунке 3, на предмет корректности управляющей функции Ql. Предикатное выражение имеет следующий вид
дх1 х^ : (й3(.х ^ + й4(.х ^) > 0. Данное предикатное выражение не примет истинного значения ни при каких отрицательных значениях аргументов х1 и х2. Таким образом, критическая ошибка
х1, X 2) : (X!) + х2 )) — 0 при Б () е
возникнет в предикатном выражении и Б (х2 )е(-да,°) .
Рассмотрим порядок верификации схемы, представленной на рисунке 3, на предмет корректности управляющей функции Q2. Предикатное выражение имеет следующий вид У(х3) • х ) — ° ■ Данное предикатное выражение не примет истинное значение ни при каких
отрицательных значениях аргумента хз. Таким образом, критическая ошибка возникнет в предикатном выражении : ^х ^ — 0 при Б (х3) е (-да,°).
Для верификации схемы на предмет результативности и незацикленности (строки 2 и 3 таблицы 1) необходимо предварительно преобразовать синтезированную ФЛС обработки ТМИ в эквивалентную вычислительную сеть на основе сети Петри. Это соответствует подэтапу 9 этапа II схемы на рисунке 1. Необходимость преобразования обосновывается обеспечением возможности применения аппарата матричных уравнений для выявления ошибок в ФЛС обработки ТМИ на подэтапах 10 и 11 этапа II схемы на рисунке 1.
Алгоритм преобразования состоит из следующих шагов:
1. Исключение операций £ = |к = 1, К} обработки ТМИ из описания;
2. Исключение входных переменных гр^ операции ;
3. Соединение входных управляющих рк и выходныхгр^ е переменных операции
$к в классические позиции сетей Петри с маркировкой т =
гт{щ(.))
т е N, где N - множество
целых натуральных чисел. Оператор Ц определяет количество значений переменных в позиции
4. Преобразование управляющих операторов в классические переходы СП.
На рисунке 4 результат преобразования ФЛС обработки ТМИ в эквивалентную вычислительную сеть.
'01
Р1
О
Р2
О
01
Рз
о
б)
Р4
О
Рисунок 4 - Преобразование ФЛС обработки ТМИ в эквивалентную вычислительную сеть: а) исходная ФЛС обработки ТМИ; б) эквивалентная вычислительная сеть
На рисунке 4а показаны крестами исключаемые операции обработки ТМИ и входные переменные операций в соответствии с шагами 1 и 2 алгоритма преобразования. Фигурными
0
2
стрелками показаны соединяемые входные управляющие и выходные переменные операции в классические позиции сетей Петри в соответствии с шагом 3 алгоритма. Преобразованные управляющие операторы показаны прямоугольниками в соответствии с шагом 4 алгоритма.
Эквивалентность ФЛС и соответствующей ей вычислительной сети может быть показана с помощью дерева достижимости. При этом дерево достижимости для эквивалентной сети строится по классическому порядку. Для ФЛС обработки ТМИ дерево достижимости формируется с учетом только управляющих переменных и управляющих операторов при допущении об истинности всех предикатных выражений.
Следующим подэтапом (подэтап 10 этапа II схемы на рисунке 1) верификации является верификация ФЛС путем проверки свойства результативности. В соответствии с данными строки 2 таблицы 1 данное свойство характеризует избыточность информации, обрабатываемой ФЛС. Для вычислительных сетей известно: сохраняемость - свойство, согласно которому постоянное количество значений переменных, одновременно хранящихся (циркулирующих) в позициях сети. Введем, что результативность - свойство ФЛС обработки ТМИ, согласно которому корректный набор результатов телеизмерений возможно обработать полностью с получением результата. Это означает, что изменяется суммарное количество значений
переменных из множества ZP = ZPjn^ UZPr/iin.;i = |z/;f-i |/ e card(Z/J)|, одновременно
обрабатываемых ФЛС. Свойство может распространяться на переменные как всех типов
X = . = 1... card (X )} аргументов, так и отдельных из последнего множества.
Матричное уравнение смены состояния вычислительной сети описывается следующим образом
mk = mk-i + AU ■
к = 1,2,...
где:
тк - разметка позиций вычислительной сети на к-ом шаге выполнения ФЛС обработки
ТМИ;
U - матрица инцидентности вычислительной сети, формируемая по порядку, аналогичному порядку для классической сети Петри [5];
A - вектор-строка, определяющая выполняемые управляющие операторы при формировании mk.
Пусть известен вектор W взвешивания, тогда
mkW = тк_W + AUW .
Сеть является сохраняющей для всех А, если существует ненулевое решение следующей системы
UW = 0.
Алгоритм верификации ФЛС обработки ТМИ с целью проверки ее результативности состоит из следующих шагов:
1. Синтез ФЛС R обработки ТМИ.
2. Преобразование ФЛС R в вычислительную сеть.
3. Формирование матрицы инцидентности U, описывающей схему обработки ТМИ.
4. Проверка существования только нулевого решения системы уравнений UW = 0.
5. При наличии только нулевого решения системы - формирование вывода об успешной верификации схемы.
6. В противном случае решение системы UW = 0 относительно W.
7. Корректировка вычислительной сети (матрицы U) с целью устранения в ней свойства сохраняемости, придания свойства результативности соответствующей ФЛС R.
Следующим подэтапом (подэтап 11 этапа II схемы на рисунке 1) верификации является верификация ФЛС путем проверки свойства незацикленности. В соответствии с данными строки 3 таблицы 1 данное свойство характеризует возможность завершения обработки ТМИ с помощью синтезированной ФЛС. Для вычислительных сетей известно: устойчивость - свойство, согласно которому разметка данной вычислительной сети может быть достигнута повторно через конечное число срабатываний переходов.
Введем, что незацикленность - свойство ФЛС обработки ТМИ, согласно которому по корректному набору результатов телеизмерений отсутствуют многократно повторяющиеся действия (зацикливания) при получении результатов обработки. Это означает, что ФЛС обработки ТМИ не формирует одинаковые наборы значений разрешительных (выходных) переменных управляющих функций при изменении значений переменных как всех типов
аргументов, так и отдельных из множества X = . = 1...card(X)} .
Матричное уравнение смены состояния вычислительной сети используем аналогичное приведенному ранее при рассмотрении свойства сохраняемости.
Пусть существует вектор А, при котором AU = 0, тогда
m = m -1+AU=m -1.
Сеть является устойчивой для всех А, если существует ненулевое решение системы
AU = 0.
Алгоритм верификации ФЛС обработки ТМИ с целью проверки ее незацикленности состоит из следующих шагов:
1. Синтез ФЛС R обработки ТМИ.
2. Преобразование ФЛС R в вычислительную сеть.
3. Формирование матрицы инцидентности U, описывающей заданную схему обработки
ТМИ.
4. Решение системы уравнений AU = 0.
5. При наличии только нулевых решений системы уравнений AU = 0 - формирование вывода об успешной верификации схемы.
6. В противном случае решение системы AU = 0 относительно А.
7. Экспертная корректировка сети с целью исключения зацикливания - возможности реализации вектора-строки А.
Для схемы на рисунке 4 матрица инцидентности вычислительной сети примет вид
U =
-1 -110 0 0 -11
При проверке результативности получим, что уравнение ПЖ = 0 имеет решение при Ж = [0 0 0 0]г, поэтому делаем вывод об успешной верификации схемы по данному свойству.
При проверке незацикленности получим, что уравнение АП = 0 имеет решение только при А = [0 0], поэтому делаем вывод об успешной верификации схемы по данному свойству.
Таким образом, верификация схемы на рисунке 4 путем проверки свойств сохраняемости и устройчивости позволяет сделать вывод о том, что данная схема является результативной и незацикленной. В силу данного факта выполнения подэтапа 12 этапа II схемы на рисунке 1, заключающегося в корректировке схемы, не требуется.
Выводы. В качестве теоретической классификации предложенных схем следует отметить, что синтезируемые функционально-логические схемы вычислений представляют собой цветные сети Петри с модификацией в виде предикативно-операторного расширения, которые можно отнести к классу вычислительных сетей Петри. Синтез ФЛС обработки ТМИ состоит из двух этапов. На первом этапе осуществляется интерпретация исходной информации, в результате которой формируется исходная спецификация процесса обработки ТМИ. Исходная спецификация - это перечень операций обработки с условиями их начала и окончания. Второй этап заключается в синтезе ФЛС и ее верификации. Синтез схемы осуществляется в порядке, принятом для разработки программного обеспечения: по порядку формирования структуры программы, задания ее свойств и формирования действий в программе.
Задача 4, решаемая на втором этапе, определяет новизну представленного материала. Данная задача посвящена верификации синтезированной ранее ФЛС обработки ТМИ с целью выявления ошибок трех типов. При этом осуществляется проекция свойств вычислительных сетей Петри на предложенный инструмент организации вычислений - на ФЛС. В статье рассмотрены формальные способы выявления ошибок корректности, сохраняемости и устойчивости в вычислительных сетях. При обработке ТМИ данные ошибки являются причинами остановки обработки, зацикленности обработки и превышения ресурсоемкости обработки ТМИ.
Предложенный материал может получить прикладное применение при реализации специального программного обеспечения обработки ТМИ космических средств в реальном масштабе времени. Дальнейшие исследования следует направить на апробацию алгоритмов на реальной бортовой системе ракетно-космической техники с целью оценивания трудоемкости синтеза ФЛС обработки ТМИ на практике.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Виноградов Р.А., Кузьмин Е.В., Соколов В.А. Верификация автоматных программ средствами СР^Тоок. Моделирование и анализ информационных систем Т. 13, № 2 (2006). С. 4-15.
2. Каргин В.А., Майданович О.В., Охтилев М.Ю. Автоматизированная система информационной поддержки принятия решений по контролю в реальном времени состояния ракетно-космической техники. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2010. Т. 53. № 11. С. 20-23.
3. ГОСТ 34.003-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 1990. 26 с.
4. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В. Новые информационные технологии мониторинга и управления состояниями сложных технических объектов в реальном масштабе времени. Труды СПИИРАН. 2005. Т. 2. № 2. С. 249-265.
5. Котов В.Е. Сети Петри. Издательство Наука. 1984. 160 с.
REFERENCES
1. Vinogradov R.A., Kuz'min E.V., Sokolov V.A. Verifikaciya avtomatnyh programm sredstvami SPN/Tools. Modelirovanie i analiz informacionnyh sistem T. 13, № 2 (2006). pp. 4-15.
2. Ка^п У.Л., М^ёапоуюИ О.У., ОМ1еу М.Уи. Лу1оша1121гоуаппауа 81в1еша 1пГогшас1оппо] роёёегеЬк! рппуайуа гевЬеп1] ро коп1го1уи V геа1'пош угешеп1 БоБ1оуап1уа гаке1по-ко8ш1сЬе8ко] 1еЬшк1 Izvestiya vysshih исЬеЬпуЬ zavedenij. РпЬош81хоеше. 2010. Т. 53. № 11. рр. 20-23.
3. ООБТ 34.003-90. Шогшасюппауа tehno1ogiya. Koшp1eks standaгtov па avtomatizirovannye sisteшy. Лvtoшatiziгovannye sisteшy. Тегшту i opгede1eniya. М.: Standaгtinfoгш, 1990. 26 р.
4. Ohti1ev М.Уи., Soko1ov В.У. Novye infoгшacionnye tehno1ogii шonitoгinga i upгav1eniya sostoyaniyaшi s1ozhnyh tehnicheskih oЬ,ektov v геа1'пош masshtabe vгeшeni. Tгudy SPIIRЛN. 2005. Т. 2. № 2. рр. 249-265.
5. Kotov У.Е. Seti РеШ. Izdate1'stvo Nauka. 1984. 160 р.
© Николаев А.Ю., Шмелёв В.В., 2022
UDK 629.735:629.764
GRNTI 78.25.15
ALGORITHMS FOR THE SYNTHESIS OF FUNCTIONAL AND LOGICAL SCHEMES
FOR THE SPACE FACILITIES TELEMETRY INFORMATION OPERATIONAL
PROCESSING
A.Y. NIKOLAEV
V.V. SHMELYOV, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor
The task of improving the organization of computational processes for processing measuring (telemetric) information obtained during tests and the use of space facilities is considered. To automate the design of the corresponding computational processes, it is proposed to use and describe algorithms for the synthesis of functional logic circuits. An example of an algorithm for verifying synthesized schemes in order to search for semantic and syntactic errors is given. A peculiarity of the material under consideration is the projection of applied errors in information processing algorithms on errors in synthesized circuits and vice versa. The direction of application of the device is the verification of special software for processing telemetry information and diagnosing the technical condition of space assets in real time.
Keywords: computational process model, Petri nets, measurement information processing algorithm, network model.
УДК 621.43.019 ГРНТИ 78.25.09
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ОПЕРАТИВНОСТИ ЗАПУСКА ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЕННОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОГО АППАРАТА
А.А. ТОМИЛОВ, кандидат военных наук, профессор Е.В. НОСОВ, кандидат технических наук, доцент
A.Е. ЛОМОВСКИХ, кандидат технических наук, доцент
B.В. НОВИЧИХИН
Произведен анализ эксплуатации военной автомобильной техники с дизельными двигателями в условиях низких температур. Разработаны способ и устройство для повышения оперативности запуска дизельных двигателей путем установки на технику, непосредственно в систему питания, роторно-пульсационного аппарата. Рассмотрены периодические переходные гидромеханические процессы с возбуждением гидродинамической, акустической и импульсной кавитации в рабочих органах роторно-пульсационных аппаратов, обеспечивающие дробление тяжелых фракций углеводородного топлива на легкие. Предложено математическое моделирование дробления растворенной капли воды в составе эмульгированного моторного топлива. Разработана конструкция роторно-пульсационного аппарата, позволяющая повысить оперативность запуска дизельной техники и снизить токсичность выхлопных газов.
Ключевые слова: роторно-пульсационный аппарат, дизельный двигатель, система питания, предпусковой подогреватель, дизельное топливо.
Введение. В настоящее время происходит интенсивное освоение Арктического региона. Возникают очень серьезные проблемы, связанные с эксплуатацией дизельных двигателей, которыми сейчас оснащается вся военная техника. Для работы таких двигателей используется дизельное топливо арктической марки. Так как минимальные температуры в условиях Арктики иногда снижаются до минус 67 например, на Ямале (с. Аксарка), то в таких условиях даже арктическое топливо может терять свои свойства, мутнеть, а иногда даже и кристаллизоваться.
В связи с этим при эксплуатации военной автомобильной техники (ВАТ) с дизельными двигателями в условиях низких температур (особенно при температурах ниже минус 25 °С) возникают трудности с пуском холодного двигателя. Обычно для этих целей на ВАТ устанавливают предпусковой подогреватель двигателя. Но опыт эксплуатации такого предпускового подогревателя с форсуночным распылением топлива позволяет сделать вывод, что при температуре минус 25 °С в его работе возникают следующие недостатки.
Распыление топлива центробежной диафрагменной форсункой не обеспечивает его полное испарение и сгорание, что обуславливает относительно высокую дымность и токсичность выпускных газов (от 3 до 5 % по оксиду углерода), приводит к отложению сажи на внутренних труднодоступных поверхностях теплообменника и снижению их теплопроводимости. Это предопределяет пожароопасность (выброс искр) и сдерживает внедрение на таких подогревателях высокоэффективных теплообменников со сложной поверхностью теплообмена.
При прогреве двигателей внутреннего сгорания (ДВС) ВАТ в течение 20.. .30 минут происходит выброс белого дыма в большом количестве с выпускными газами, что приводит к снижению заметности техники на большом расстоянии. Это недопустимо в условиях ведения боевых действий в Арктическом регионе.
Актуальность. В связи с этим сокращение времени прогрева двигателя и соответственно снижение количества выбросов белого дыма с выхлопными газами ДВС является актуальной научной задачей, требующей дальнейшего решения. В данном направлении проводились исследования многими учеными, среди которых можно отметить Промтова М.А., Авсеева А.С., Кардакова А.А., Акулова Н.И. и др. Следует отметить, что распыление топлива центробежной диафрагменной форсункой не обеспечивает возможность значительного уменьшения теплопроизводительности подогревателя, поскольку качество распыления дизельного топлива в цилиндрах двигателя зависит от расхода топлива, его сорта, вязкости, плотности и настроены на режим полной теплопроизводительности. Этот недостаток затрудняет реализацию на «форсуночных» подогревателях свойства многотопливности, а также «дежурного режима» для длительного поддержания силовой установки (СУ) ВАТ в теплом состоянии с работой горелки на малом режиме (от 20 до 25 % от полного).
Конструкция подогревателя не исключает вмешательство водителя регулировать давление топливного насоса с целью его увеличения. В результате избытка топлива и его неполного сгорания повышается до пожароопасного предела температура выпускных газов подогревателя, повышается их дымность и токсичность, происходит ускоренное закоксовывание газоходов теплообменника, выброс искр из выпускной трубы и самое негативное большое количество белого дыма [1, 2]. Чтобы избежать перечисленных проблем, а также запустить дизельный двигатель, необорудованный предпусковым подогревателем, предлагается использовать в системе питания роторно-пульсационный аппарат (РПА), позволяющий обработать моторное топливо, залитое в топливный бак автомобиля, и улучшить физико-химические свойства топлива.
В химическом плане дизельное топливо представляет собой сложную смесь углеводородов. Основную проблему представляет парафин, содержащийся в дизельном топливе, который в условиях низких температур склонен кристаллизоваться. Происходит помутнение дизельного топлива (при температуре ниже минус 10 °С), это и есть первый признак выпадения парафина. На этом этапе кристаллизации парафина его кристаллы пока еще очень маленькие и проходят через топливные фильтры. Затем при понижении температуры (ниже минус 25 °С) происходит слипание кристаллов парафина и, наконец, наступает температурный предел, при котором сгустки или агломераты становятся большими и уже не проходят через фильтр тонкой и грубой очистки, находящийся в системе питания ДВС. Такое состояние наступает приблизительно при температуре примерно при минус 15.25 °С и ниже. При таком состоянии дизельного топлива забиваются все фильтры, в связи с чем двигатель теряет свою работоспособность. Поэтому, чтобы не допустить такого предельного состояния дизельного топлива, предлагается производить кавитационную обработку топлива пока оно находится еще на начальном этапе кристаллизации, которое залито в бак транспортного средства. Кавитационная обработка представляет собой сложный процесс, который состоит из двух этапов. Первый - переход углеводородного жидкого топлива в парообразное состояние, а затем уже конденсация этих паров.
Проведенный анализ работ по данному направлению позволил сделать вывод о том, что кавитация моторного топлива позволяет структурировать тяжелое топливо в высокодисперсную и гомогенную смесь. При такой обработке не происходит отделения воды, находящейся в растворенном состоянии, а также асфальтосмолистых веществ от топлива.
Так как дизельное топливо представляет собой коллоидную систему [3-5], то есть сложную смесь низкокипящих углеводородов, то в данной дисперсионной системе многослойные ассоциативные комбинации построены в основном на обменных и резонансных
взаимодействиях. Данный факт важен, так как позволяет определить энергетический уровень топлива и оценить его влияние на физическо-химические свойства в необходимых направлениях.
Следует отметить, что формирование в тяжелых топливах дисперсионной фазы обусловлено различной склонностью компонентов к межмолекулярному взаимодействию. Парафины, а также ароматические углеводороды стремятся к образованию ассоциатов. Входящие в дисперсионную фазу парафиновые углеводороды в дизельном топливе могут находиться как в молекулярном, так и в ассоциативном виде.
Согласно источнику [6] вводится такое понятие, как сложная структурная единица для описания дисперсионной системы. Данная структурная единица состоит из ядра и окружающей его сольватной оболочки, как показано на рисунке 1.
1 - ядро; 2 - тяжелые смолы; 3 - парафиновые фракции; 4 - ароматические фракции Рисунок 1 - Модель сложной структурной единицы жидкого углеводородного топлива
За счет хаотичного движения капель пара происходит вторичное распыление и, как правило, ядром служит асфальтеновый ассоциат, который содержит стабильные радикалы, обладающие самым высоким потенциалом парного взаимодействия среди компонентов, составляющих дисперсионную систему. Также в ядро могут входить твердые частицы, механические примеси, а также капельки (глобулы) водной фазы, растворенной в топливе.
Вокруг ядра послойно формируются молекулы тяжелых смол, ароматических и парафиновых фракций, как показано на рисунке 1.
Если концентрация сложной структурной единицы в топливе высока, то существует вероятность их столкновения и образования существенно сложных структур с несколькими ядрами. При этом данные структуры обладают большой поверхностной активностью. Таким образом, они будут концентрироваться вокруг капель воды или частичек механических примесей на дне топливного бака, происходит образование очень стойких водно-топливных эмульсий в дисперсионной среде.
С целью недопущения образования такой сложной структурной единицы в топливе предлагается производить кавитационную обработку дизельного топлива на борту транспортного средства с помощью роторно-пульсационного аппарата, который необходимо устанавливать в систему питания [1]. Как видно из проведенного анализа использование гомогенизирующих устройств в составе систем питания позволяет сэкономить горючее за счет эффективного воздействия на ее коллоидную структуру.
Предлагаемый РПА был разработан на основе анализа конструктивных решений для аппаратов, описанных в работе [7], и может быть установлен на всех видах и типах ВАТ, на
которых установлены дизельные ДВС, а также, где есть питание предпускового подогревателя в разрыв топливной трубки между агрегатом насосным и электромагнитным клапаном теплообменника. Такая установка позволяет без больших материальных затрат обработать все дизельное топливо, которое находится в штатном топливном баке.
Схема такого аппарата представлена на рисунке 2. В отличие от других видов, он способен произвести высококачественную кавитационную обработку дизельного топлива при относительно низких затратах энергии. Аппарат использует периодические переходные гидромеханические процессы с возбуждением гидродинамической, акустической и импульсной кавитации, которые обеспечивают разрыв сложных молекулярных связей и дробление тяжелых фракций углеводородного топлива в более легкие [8].
1 - выходной патрубок; 2 - каналы статора; 3 - камера озвучивания; 4 - входной патрубок; 5 - крышка;
6 - каналы ротора; 7 - ротор; 8 - корпус; 9 - сальник; 10 - винт крепления; 11 - подшипник; 12 - вал ротора;
13 - канал подачи жидкости; 14 - канал сброса жидкости; 15 - лопастная крыльчатка; 16 - крышка
Рисунок 2 - Схема роторно-пульсационного аппарата
Разработанный РПА является высокоэффективным устройством, так как использует для привода ротора энергию струи проходящего топлива, создаваемую внешним насосом. Такая конструкция РПА приводит к снижению энергозатрат в 3.4 раза на объем обрабатываемого дизельного топлива и уменьшению времени на обработку компонентов [9].
Работа РПА. Топливо топливным насосом из топливного бака подается через канал подачи жидкости 13 на лопастную крыльчатку 15, далее через канал сброса жидкости 14 топливо поступает во входной патрубок и на ротор 7. В этой части РПА за счет центробежных и поступательных сил топливо направляется к щелевым каналам ротора 6 и статора 2, проталкивается через них и поступает в камеру озвучивания 3. Следует отметить, что при работе РПА происходит быстрое перекрытие каналов ротора 6 и статора 2, при этом топливо под давлением подается в камеру озвучивания 3. Штатное моторное топливо при этом подвергается воздействию кавитационных явлений, а также сопутствующих квазиударных, ультразвуковых процессов, образующихся в камере озвучивания, что обеспечивает дробление тяжелых фракций углеводородного топлива на более легкие. После этого обработанному моторному топливу сообщается кинетическая энергия и оно через выходной патрубок 1 поступает в систему питания и непосредственно в фильтр тонкой очистки топлива 2, как показано на рисунке 3, а затем в
ы
топливный насос высокого давления (ТНВД) 4. Такая схема установки РПА подходит для любых типов дизельных ДВС ВАТ.
1 - топливный бак; 2 - фильтр тонкой очистки; 3 - топливопровод низкого давления; 4 - ТНВД; 5 - топливоподкачивающий насос; 6 - топливопровод слива; 7 - топливопровод высокого давления; 8 - форсунка;
9 - двигатель; 10 - РПА; 11 - фильтр грубой очистки топлива
Рисунок 3 - Схема установки РПА в системе питания дизельного двигателя
Предлагаемая конструкция РПА для обработки моторного топлива не требует больших материальных затрат на изготовление, так как используются стандартные промышленно-изготавливаемые детали.
На рисунке 4 представлена схема установки РПА в системе питания предпускового подогревателя дизельного двигателя КАМАЗ-740.
1 - клапан электромагнитный; 2 - теплообменник; 3 - воронка заливная; 4 - двигатель; 5 - бачок топливный; 6 - поперечина передняя рамы; 7 - агрегат насосный; 8 - РПА
Рисунок 4 - Схема установки РПА в системе питания предпускового подогревателя ДВС КАМАЗ-740
Следует отметить, что после кавитационной обработки топлива происходит повышение температуры обработанного топлива до 70.80 °С на выходе из аппарата, что позволяет повысить эффективность его сгорания.
Согласно работе [10] именно температурным фактором объясняется улучшение процесса сгорания дизельного топлива. При нагревании дизельного топлива до температуры 80 °С формируется его переход в неструктурированное состояние. В данных условиях снижается его вязкость, а также происходит улучшение процесса распыливания и горения дизельного топлива.
Кавитационная обработка дизельного топлива приводит к гидродинамическому возмущению дисперсной среды, и жидкое углеводородное топливо приобретает новые улучшенные физико-химические свойства.
При обработке углеводородного топлива за счет теплового воздействия ультразвуковых колебаний и изменения дисперсности дисперсионной фазы его вязкость снижается. Затем через определенное время происходит рост вязкости, который продолжается более двух часов. После этого происходит медленное снижение вязкости в течение 2.3 суток.
Под действием ультразвуковых колебаний, возникающих в камере озвучивания РПА, происходит увеличение количества активных центров, что положительно влияет на интенсификацию сгорания дизельного топлива.
Процесс смесеобразования в дизеле играет ключевую роль, поскольку от качества его организации существенно зависят эффективные показатели работы дизеля. Наиболее существенными элементами являются процессы распыливания топлива и струйного смесеобразования.
К показателям качества распыливания относятся:
качество распыливания, характеризующееся средним диаметром капель топлива;
однородность распыленного дизельного топлива;
параметры распыливания, характеризующиеся суммарной характеристикой и дифференциальной характеристикой распыливания.
Так как в результате кавитационной обработки дизельного топлива меняются его эксплуатационные свойства («т - динамическая вязкость; рт - плотность; от - коэффициент поверхностного натяжения), а также скорость истечения топлива из сопла форсунки, которая зависит от плотности топлива. При этом средний диаметр капель дизельного топлива будет зависеть от изменения величин Цт, рт, От при прочих равных условиях, т.е. можно представить в виде зависимости: ёкш=/(«т, рт, от).
Проводя теоретическую оценку влияния показателей топлива на средний диаметр капли топлива, можно сделать вывод, что воздействие кавитационной обработки на дизельное топливо позволяет улучшить тонкость распыливания через отверстия распылителей форсунки до 20 %.
За счет исчезновения сформированных кавитационных пузырьков при прохождении через щелевые отверстия в роторе и статоре возрастает давление и температура газа в топливе (около 10000 К и 100 МПа). Данная обработка дизельного топлива позволяет раздробить практически все тяжелые фракции, обеспечив выход легких фракций при атмосферной перегонке через рабочие органы РПА. Кавитационная обработка топлива также ускоряет процесс разрушения содержащегося в нем парафина.
Кавитационное воздействие разрывает межмолекулярную связь между углеводородами, то есть происходит временный разрыв связей, обусловленных силами ван-дер-ваальсовых соединений. При этом происходит изменение структуры и состава жидкого дизельного топлива.
Описанный процесс показан на рисунке 5, где молекулы, находящиеся вблизи стенки неподвижного пузырька, находятся в ориентированном состоянии (рисунок 5а).
Затем при высоких скоростях сжатия молекулы, при кавитационной обработке, происходит переориентация в окрестности пузырька и создается облако из ориентированных молекул, как показано на рисунке 5б.
Для наиболее эффективного использования конструкции РПА необходимо изучение существующих математических моделей течения жидкости через статор и ротор РПА, которые
учитывают особенности потока жидкости. Поэтому для использования уже имеющихся математических моделей необходимо подавать в РПА композицию, которая по физическим свойствам приближается к ньютоновской жидкости. Для этих целей необходимо разработать РПА, конструкция которого позволит обеспечить выполнение этого условия и позволит получить обработку топлива до необходимого (требуемого) качества. Для исследования такого РПА нужно использовать модель гомогенизации, учитывающую особенности течения топлива в РПА и строение компонентов, входящих в состав топлива. Поэтому необходимо решить задачу моделирования течения двух компонентов жидкого углеводородного топлива через рабочие органы РПА [11], без применения эмульгирующей системы.
а) б)
а) молекулы, находящиеся вблизи стенки неподвижного пузырька; б) облако из ориентированных молекул 1 - двойной электрический слой; 2 - дипольные молекулы; 3 - заряд дипольной молекулы
Рисунок 5 - Процесс образования заряда «виртуального» пузырька
В качестве компонента для топлива рассматривается содержание растворенной воды, которая в небольшом количестве находится в дизельном топливе, так как оно обладает хорошей гигроскопичностью. Содержание растворенной воды в жидких топливах составляет не более 0,05 %, а в ароматических углеводородах она существенно увеличивается в 3.. .4 раза. Известно, что при температуре ниже минус 10 °С растворимость воды в жидком углеводородном топливе резко уменьшается. При этом часть растворенной воды выделяется в виде маленьких капелек, и дизельное топливо начинает мутнеть [12, 13].
Следует отметить, что со временем происходит накопление влаги на дне топливного бака и происходит обводнение топлива, что в условиях низких температур может привести к выходу из строя техники путем остановки ДВС при ее замерзании в системе питания. Количество растворенной влаги определяется процессом насыщения дизельного топлива атмосферной влагой за счет ее растворимости при повышении температуры топлива. Дополнительный процент влаги поступает в топливо при сливе нагретого топлива в бак через топливопровод слива 6 (рисунок 3), что в установившемся режиме теплообмена бака с окружающей средой (при продолжительной работе ДВС) характеризует перегрев находящегося топлива в баке относительно атмосферного воздуха.
Проведенный анализ процессов накопления влаги в топливном баке дизельной системы питания выявил необходимость в совершенствовании топливной системы и разработке устройства (РПА), позволяющего удалить накопившуюся воду из бака путем распределения ее в виде микрогетерогенных капелек в топливной среде. Полученное эмульгированное топливо с микрогетерогенными капельками воды, равномерно распределенными по всему объему бака, подается с помощью штатной системы питания в камеру сгорания ДВС, где утилизируется путем сжигания. При сгорании такого эмульгированного дизельного топлива повышается эффективность этого процесса.
Для определения размеров капель растворенной воды необходимо выполнить математическое моделирование дробления воды в составе эмульгированного моторного топлива, в результате получена относительная скорость движения капли воды, при которой возможен процесс ее дробления в рабочих органах РПА
и (Г ) = е^™ 2,898 + [
отнV отн ; 'I-
1
2/У 1п| еШо™ +1| / 1п| еШо™ +1| / 1
а
а
где а=, р
9
(2р + Р2)
/ =
1
2р1 +Р2
У = 9 *р2
а (еШотн +1) е
2 = 8Н0(Р2— р), Н0 =
-], (1)
¥1
0*0
2Ь
* = а±. у =
0 оЯ ' У
2АР
Р2
7--0.
^ ~ 2 г
и = и.
отн у
Здесь обозначено АР - перепад давлений на модуляторе РПА; ас - ширина отверстия
статора; о - угловая скорость вращения ротора; Я - радиус ротора; Ь - длина модулятора; У - скорость потока; и - относительная скорость движения капли; ^ - динамическая вязкость дисперсионной среды (^ = ур); гкв - гидравлическое сопротивление модулятора (методика расчета приведена в работе [14]). По полученному уравнению (1), путем варьирования конструктивными параметрами(ас,Я,Ь) и режимами работы РПА о, АР), выбираются параметры и режимы работы РПА, при которых относительная скорость движения капли воды и будет максимальной, это будет соответствовать минимальному размеру капель
растворенной воды в дизельном топливе.
Оценим максимальные значения относительной скорости движения капли воды с точки зрения ее деформации и дробления в нестационарном потоке РПА. Критерием начала дробления будем считать достижение критического числа Вебера [14]
Же =■
кр
ги(отн).,„ АР
( отн )к
а
(2)
где г - радиус капель воды; иотм кр - критическая относительная скорость движения капель воды; Ар = (р2 — р) - разность плотностей дисперсной фазы и дисперсной среды; а12 - межфазное
поверхностное натяжение биологической мембраны водно-дизельной смеси. После этого из выражения (2) получим
Же а 1
(отн )кр у гАр ' '
(3)
Критическую скорость движения капель воды в РПА определим по формуле
и = и У = (Жекра 1,2)2АР
^ кр отн 0 ¿/V 4 )
р V гАр Р2
(4)
Из формулы (4) выводится минимальный диаметр капель водной фазы в дизельном топливе, приготавливаемой на РПА
(И ■ =2х
тттеор.
Же^о 12 и2кр Ар
(5)
ы
1
С помощью разработанного программного продукта строим графическую зависимость функции иотн = / (/ОЯ)Н) для водно-дизельной смеси (ВДС), приготавливаемой на РПА, представленную на рисунке 6.
Рисунок 6 - Зависимость иотн=/ (Ътн) для эмульгированного топлива, приготавливаемого на РПА
При этом задавались следующие значения исследуемых величин и отн=0,53 -относительная скорость, при которой становится возможным процесс дробления капли воды; Ар=р2-р1 - разность плотностей дисперсной фазы и дисперсной среды, где капли воды распределены в топливе Др=140.. .280 кг/м3; р2=1000 кг/м3 - плотность воды; р1=720.. .860 кг/м3 -плотность топлива; О12=26,86*10'ъ Н/м - межфазное поверхностное натяжение биологической мембраны эмульгированного топлива.
Анализ результатов расчета показывает, что все исследованные режимы обтекания капли воды в периодических переходных гидромеханических процессах обеспечивают ее дробление до среднего диаметра менее 2 мкм. Такой размер капель воды позволяет равномерно распределить ее по объему топливного бака и получить высокодисперсную водно-дизельную эмульсию с целью дальнейшего ее удаления через штатную систему питания. Капли воды, таким размером (менее 2 мкм), без проблем проходят через фильтрующие элементы штатных топливных фильтров, что в зимний период эксплуатации позволит избежать накопление воды в фильтрах и ее замерзание. Поэтому использование РПА в системе питания дизельного ДВС позволит существенно снизить выход из строя военной техники при эксплуатации в условиях низких температур.
Таким образом, определен средний минимальный размер капли растворенной водной фазы в топливной среде при дроблении в динамическом РПА в зависимости от его конструктивных размеров (радиуса ротора и статора, ширины отверстия статора, длины щелей, гидравлического сопротивления самого модулятора) и режимов работы (угловой скорости ротора, времени обработки эмульсии, перепада давления в модуляторе) аппарата [15].
ы
Выводы. Использование разработанного РПА для обработки жидкого дизельного топлива позволит улучшить его физико-химические свойства и приблизить к требованиям стандарта ЕВРО-5 (снижается содержание серы до 2 раз и содержание фактических смол до 9 раз) независимо от качества исходного углеводородного топлива. Использование такого топлива для ДВС ВАТ также позволит увеличить ресурс путем улучшения процесса сгорания в цилиндрах двигателя, а также облегчит его запуск при температурах ниже минус 30 °С [16].
Натурные испытания, проведенные на дизельном ДВС КАМАЗ-740, показали, что использование РПА в топливной системе позволяет в 95 % случаев из 100 (с вероятностью 0,95) осуществлять запуск при температуре воздуха ниже минус 30 °С с первого раза.
Таким образом, внедрение РПА в топливные системы дизельных двигателей ВАТ в Арктических условиях позволит повысить оперативность запуска техники в условиях низких температур, а также снизить токсичность выхлопных газов, содержание белого дыма при работе в режиме прогрева и соответственно снизить заметность ВАТ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пузанков А.Г. Автомобили: конструкция, теория и расчет. М.: Изд-во центр «Академия», 2007. 544 с.
2. Окслер Г. Что такое кавитация? // Наука и конструирование. 2012. № 3. С. 70-73.
3. Розенталь Д. А. и др. Методы определения и расчета структурных параметров тяжелых нефтяных остатков. ЛТИ. Л.: 1981. 55 с.
4. Унгер Ф.Г., Андреева Л.Н. Фундаментальные аспекты химии нефти: природа смол и асфальтенов. Новосибирск: Наука, 1995. 268 с.
5. Унгер Ф.Г. Роль парамагнетизма в образовании структуры нефтей и нефтяных остатков. В кн. Исследование состава и структуры тяжелых нефтепродуктов. М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 1982. 241 с.
6. Сюняев З.И. Физико-химическая механика нефтяных дисперсных систем: учебное пособие. М.: МИНХ и ГП, 1981. 89 с.
7. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. М.: Машиностроение-1, 2001. 260 с.
8. Роторно-пульсационный аппарат: пат. № 2516146 РФ, МПК 7 В 01 F 5/00 от 20.03.2014. Иванов В.П., Томилов А.А., Ломовских А.Е. и др.; заявка № 2011134397; опубл. 16.08.2011. 12 с.
9. Ломовских А.Е., Каберов С.Р., Капустин Д.Е. Приготовление и подача ВТЭ в ДВС СНО ОП, как способ улучшения экономических и экологических характеристик ДВС // Статьи и тезисы докладов Российской НТК, ВГТУ (28-29 октября 2010 г.). Воронеж: ВГТУ, 2010. С. 140-142.
10. Поконова Ю.В. Химия высокомолекулярных соединений нефти. Л.: Издательство ЛГУ, 1980. 172 с.
11. Промтов М.А., Авсеев А.С. Импульсные технологии переработки нефти и нефтепродуктов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2007. № 6. С. 22-24.
12. Маргулис М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях): учеб. пособие для хим. и хим.-технол. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1984. 272 с.
13. Кардаков А.А. Повышение надежности топливной аппаратуры дизелей кавитационной обработкой топлива // Журнал водных коммуникаций. 2011. № 2. С. 43-46.
14. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: «Химия», 1986.
288 с.
15. Акулов Н.И. Разработка процессов получения эмульсий водно-спиртовых растворов в бензине в роторных аппаратах с модуляцией потока и их коагуляция. М.: Наука, 2005. 202 с.
16. Липсон А.Г., Кузнецов В.А., Дж. Майли. Выход DD-реакции в процессе электрического пробоя кавитационных пузырьков в диэлектрических дейтерированных жидкостях // Письма в ЖТФ. 2004. № 10. С. 39-45.
REFERENCES
1. Puzankov A.G. Avtomobili: konstrukciya, teoriya i raschet. M.: Izd-vo centr «Akademiya», 2007. 544 p.
2. Oksler G. Chto takoe kavitaciya? // Nauka i konstruirovanie. 2012. № 3. pp. 70-73.
3. Rozental' D.A. i dr. Metody opredeleniya i rascheta strukturnyh parametrov tyazhelyh neftyanyh ostatkov. LTI. L.: 1981. 55 p.
4. Unger F.G., Andreeva L.N. Fundamental'nye aspekty himii nefti: priroda smol i asfal'tenov. Novosibirsk: Nauka, 1995. 268 p.
5. Unger F.G. Rol' paramagnetizma v obrazovanii struktury neftej i neftyanyh ostatkov. V kn. Issledovanie sostava i struktury tyazhelyh nefteproduktov. M.: CNIITE neftehim, 1982. 241 p.
6. Syunyaev Z.I. Fiziko-himicheskaya mehanika neftyanyh dispersnyh sistem: uchebnoe posobie. M.: MINH i GP, 1981. 89 p.
7. Promtov M.A. Pul'sacionnye apparaty rotornogo tipa: teoriya i praktika. M.: Mashinostroenie-1, 2001. 260 p.
8. Rotorno-pul'sacionnyj apparat: pat. № 2516146 RF, MPK 7 V 01 F 5/00 ot 20.03.2014. Ivanov V.P., Tomilov A.A., Lomovskih A.E. i dr.; zayavka № 2011134397; opubl. 16.08.2011. 12 p.
9. Lomovskih A.E., Kaberov S.R., Kapustin D.E. Prigotovlenie i podacha VT E v DVS SNO OP, kak sposob uluchsheniya ekonomicheskih i 'ekologicheskih harakteristik DVS // Stat'i i tezisy dokladov Rossij skoj NTK, VGTU (28-29 oktyabrya 2010 g.). Voronezh: VGTU, 2010. pp. 140-142.
10. Pokonova Yu.V. Himiya vysokomolekulyarnyh soedinenij nefti. L.: Izdatel'stvo LGU, 1980.
172 p.
11. Promtov M.A., Avseev A.S. Impul'snye tehnologii pererabotki nefti i nefteproduktov // Neftepererabotka i neftehimiya. 2007. № 6. pp. 22-24.
12. Margulis M.A. Osnovy zvukohimii (himicheskie reakcii v akusticheskih polyah): ucheb. posobie dlya him. i him.-tehnol. spec. vuzov. M.: Vyssh. shk., 1984. 272 p.
13. Kardakov A.A. Povyshenie nadezhnosti toplivnoj apparatury dizelej kavitacionnoj obrabotkoj topliva // Zhurnal vodnyh kommunikacij. 2011. № 2. pp. 43-46.
14. Margulis M.A. Zvukohimicheskie reakcii i sonolyuminescenciya. M.: «Himiya», 1986. 288 p.
15. Akulov N.I. Razrabotka processov polucheniya 'emul'sij vodno-spirtovyh rastvorov v benzine v rotornyh apparatah s modulyaciej potoka i ih koagulyaciya. M.: Nauka, 2005. 202 p.
16. Lipson A.G., Kuznecov V.A., Dzh. Majli. Vyhod DD-reakcii v processe 'elektricheskogo proboya kavitacionnyh puzyr'kov v di'elektricheskih dejterirovannyh zhidkostyah // Pis'ma v ZhTF. 2004. № 10. pp. 39-45.
© Томилов A.A., Носов Е.В., Ломовских А.Е., Новичихин В.В., 2022
UDK 621.43.019 GRNTI 78.25.09
MILITARY VEHICLES STARTING DIESEL ENGINES EFFICIENCY INCREASING METHOD VEHICLES BASED ON THE USE OF A ROTARY PULSATING MACHINE
A.A. TOMILOV, Candidate of Military Sciences, Professor E.V. NOSOV, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor A.E. LOMOVSKIH, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor V.V. NOVICHIHIN
The analysis of the operation of military vehicles with diesel engines in low temperature conditions has been carried out. A method and device for increasing the efficiency of starting diesel engines by installing a rotary pulsating apparatus on the equipment, directly into the power supply system, have been developed. Periodic transient hydromechanical processes with the excitation of hydrodynamic, acoustic and pulsed cavitation in the working bodies of rotary pulsating apparatuses, providing crushing of heavy fractions of hydrocarbon fuel into light ones, are considered. Mathematical modeling of the crushing of a dissolved drop of water in the composition of emulsified motor fuel has been carried out. The design of the rotary pulsating device, which makes it possible to increase the efficiency of starting diesel equipment and reduce the toxicity of exhaust gases, has been developed.
Keywords: rotary pulsating machine, diesel engine, power system, preheater, diesel fuel.
УДК 621.391.8:535.2 ГРНТИ 78.25.41
ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВХОЖДЕНИЯ В СВЯЗЬ МЕЖДУ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ И НАЗЕМНЫМ ПУНКТОМ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОДНОГО АКТИВНОГО КАНАЛА
B.С. КАЛИНИН, кандидат технических наук А.А. КОЗИРАЦКИЙ
C.В. СИЛЮНЦЕВ
Разработана вероятностная модель процесса вхождения в связь между беспилотным летательным аппаратом и наземным пунктом управления, в основе которого лежит способ взаимного обнаружения при использовании активного канала с управляемым углом расходимости лазерного излучения одним из абонентов. Динамика рассматриваемого процесса представлена в виде ориентированного графа состояний, отражающего предложенный авторами алгоритм функционирования приемопередающей системы наземного пункта управления. Аналитическое описание алгоритмического процесса осуществлялось с использованием метода передаточных функций, образованных путем преобразования Лапласа прямых интегро-дифференциальных уравнений, представляющих процесс вхождения в связь как полумарковский. Моделирование процесса выполнено в среде Simulink, результаты представлены в виде вероятностно-временных зависимостей, позволяющие оценить оперативность и качество вхождения в связь в зависимости от частных показателей функционирования приемопередающей системы наземного пункта управления и средств телекоммуникации беспилотного летательного аппарата.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, ретропроектор, управление, вхождение в связь, алгоритм, модель.
Введение. В настоящее время интенсивность применения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) для решения широкого спектра задач, как в гражданской, так и военной сферах заметно возрастает. Однако в условиях неравномерной загруженности спектра электромагнитных волн, когда возникла существенная перезагруженность радиочастотного спектра и значительно возросли индустриальные излучения, недопустимо снизились качественные характеристики радиотехнических средств управления из-за острой проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Это привело к тому, что существующие каналы передачи информации к БЛА и от БЛА становятся малоэффективными и не всегда обеспечивают достоверную и устойчивую связь с пунктом управления [1, 2]. Кроме того на решение указанной проблемы ЭМС накладывают серьезные ограничения, связанные с тем, что на бортовые средства телекоммуникации БЛА накладываются весьма жесткие массогабаритные и энергетические требования. В этой связи в работах [1-4] предложено использовать наиболее перспективный канал управления БЛА, реализованный в оптическом диапазоне длин волн.
Актуальность. Актуальность работы обусловлена острой необходимостью обеспечения своевременной и высокой устойчивостью передачи сигналов управления от наземного пункта управления (НПУ) до БЛА в условиях сложной электромагнитной обстановки и деструктивных воздействий средств подавления (поражения) на радиоканалы связи. Особенность и сложность
решения такой задачи состоит в ее ограниченном временном и техническом ресурсе. В основе большинства работ, посвященных передаче информации от БЛА, лежит организация связи, реализующая активный канал передачи данных [5-7]. В работе [3] предложен способ передачи информации и управления БЛА с установленным на его борту ретропроектором с мобильного НПУ, применительно к которому разработана методика обоснования основных характеристик средств, входящих в состав пассивно-лазерного канала.
Целью работы является разработка модели процесса вхождения в связь между БЛА и НПУ при использовании одного активного канала с целью обоснования временных и качественных характеристик средств и алгоритма вхождения в связь между БЛА и НПУ.
В качестве показателя эффективности алгоритма примем вероятность вхождения в связь Рсв к некоторому моменту времени t.
Анализ известных алгоритмов вхождения в связь. В настоящее время известен ряд алгоритмов вхождения в связь, особенности их функционирования при пространственно-временном согласовании, достоинства и недостатки, ограничивающие возможность их использования применительно к решаемой задаче, отражены в таблице 1 [4-10].
Таблица 1 - Алгоритмы вхождения в связь
Наименование алгоритма Особенности функционирования Достоинства и недостатки
Алгоритм на основе взаимного параллельного поиска приемопередающих устройств абонентов Абоненты используют лазерные передающие средства для взаимного параллельного относительно друг друга поиска, используя узкие диаграммы направленности Достоинства: 1. Высокая достоверность передачи информации. Недостатки: 1. Низкие оперативность вхождения в связь и скрытность функционирования; 2. Трудность реализации по причине ограничения на энергетические и массогабаритные характеристики бортовых средств телекоммуникации БЛА.
Алгоритм на основе взаимного последовательного поиска приемопередающих устройств абонентов с использованием опорного источника кодированного излучения (маяка) Один из абонентов передает слабое широконаправленное кодированное излучение в априорно заданный сектор, вторым абонентом осуществляется прием сигнала, на основе которого осуществляется грубое, а затем точное определение направления на источник опорного излучения и наоборот Достоинства: 1. Высокие оперативность вхождения в связь и скрытность функционирования. Недостатки: 1. Трудность реализации по причине ограничения на энергетические и массогабаритные характеристики бортовых средств телекоммуникации БЛА
Результаты анализа приведенных алгоритмов в таблице 1 применительно к проблематике решения задачи вхождения в связь между БЛА и НПУ по оптическому каналу показывают, что для обеспечения требуемой оперативности и скрытности, а также преодоления ограничений по дальности обнаружения и технической реализации целесообразно использовать способ взаимного обнаружения при использовании активного канала с управляемым углом расходимости лазерного излучения одним из абонентов. Особенность его реализации заключается в том, что на борту БЛА устанавливается ретропроектор, который обеспечивает отражение и ретрансляцию зондирующего сигнала с дополнительной модуляцией, излученного передающим лазерным средством мобильного НПУ, а его прием осуществляется матричным фотоприемным устройством (МФПУ), работающим в режимах узкопольного и широкопольного зрения.
Аналитическое описание процесса вхождения в связь между БЛА и НПУ. Рассмотрим ситуацию, когда приемопередающей системе НПУ необходимо войти в связь и взять на автосопровождение БЛА, осуществляющий просмотр заданного района. На рисунке 1 представлена схема локации БЛА.
Лазерный луч с большим углом расходимости
Пер. Пр.
НПУ
Лазерный луч с малым углом расходимости
Рисунок 1 - Схема локации
Обобщенный алгоритм функционирования приемопередающей системы НПУ при вхождении в связь с БЛА состоит в следующем:
передающее лазерное средство НПУ осуществляет локацию БЛА в априорно известном секторе лазерным лучом с большим углом расходимости, обнаружение лазерного излучения осуществляется МФПУ, работающим в режиме широкопольного зрения;
при обнаружении сигнала МФПУ согласно выбранному алгоритму [11-13] определяет положение центра тяжести образованного «пятна» на матрице, по которому производится грубая оценка положения БЛА в пространстве;
передающее лазерное средство по уточненной координатометрии производит повторную локацию ретропроектора лазерным лучом узкой диаграммы направленности, а МФПУ, перейдя в узкопольный режим, обнаружение сигнала и точное определение координат БЛА.
На рисунке 2 представлен обобщенный алгоритм функционирования приемопередающей системы НПУ при вхождении в связь с БЛА.
Рисунок 2 - Обобщенный алгоритм функционирования приемопередающей системы НПУ
при вхождении в связь с БЛА
На основе описанного алгоритма функционирования процесс вхождения в связь между БЛА и НПУ можно представить в виде графа состояний (рисунок 3), в котором введены следующие обозначения: С0 - исходное состояние - приемо-передающие устройства НПУ готовы к работе; С1 - передающий канал лазерного средства НПУ осуществил локацию БЛА лазерным лучом с большим углом расходимости и обнаружил сигнал; С1 - передающий канал лазерного средства НПУ осуществил локацию БЛА лазерным лучом с большим углом расходимости, сигнал не обнаружен; С2 - МФПУ произведена грубая оценка положения БЛА в
пространстве; С3 - передающий канал лазерного средства НПУ осуществил локацию ретропроектора лазерным лучом с малым углом расходимости и обнаружил сигнал; С3 - передающий канал лазерного средства НПУ осуществил локацию ретропроектора лазерным лучом с малым углом расходимости, сигнал не обнаружен; С4 - МФПУ произвело точную оценку положения БЛА в пространстве (НПУ взял БЛА на автосопровождение).
Рисунок 3 - Обобщенный граф состояний процесса вхождения в связь между БЛА и НПУ
Динамическую модель процесса вхождения в связь между БЛА и НПУ в форме передаточных функций можно представить в виде, показанном на рисунке 4.
Рисунок 4 - Динамическая модель процесса вхождения в связь между БЛА и НПУ в форме передаточных функций
Обобщенная передаточная функция приведенной на рисунке 4 схемы, представляющая собой динамическую модель, будет иметь вид
Hсе (^ ) =
H0!( 5 ) Н„( 5) H 23 ( 5 ) H34 ( 5 ) (1 - Н22(5))(1 - Н^)) "
(1)
Физический смысл передаточных функций Ну (5) представляет собой произведение вероятности Ру перехода из состояния С; в состояние Су и преобразование Лапласа от плотности вероятности времени на выполнение соответствующей задачи
Н (5) = Р ( С К" А = р 4 ( (г)},
(2)
где (Ру (/) - плотность вероятности времени перехода из состояния С; в состояние Су (выполнения задачи в соответствии с графом состояний, представленным на рисунке 3).
В общем случае для определения вероятности вхождения в связь к моменту времени / в явном виде необходимо к выражению (1) применить обратное преобразование Лапласа с учетом того, что интегрирование оригинала эквивалентно делению изображения на 5 [14]
р а)=г—11-н се (5)!.
(3)
В соответствии с рекомендациями, изложенными в [15], среднее время вхождения в связь можно определить выражением
Т се — —
dHв (5)
(4)
5—0
Таким образом, применительно к предложенному обобщенному алгоритму функционирования приемопередающей системы НПУ при вхождении в связь, разработана вероятностная модель процесса вхождения в связь с БЛА, позволяющая за счет вложения любых частных алгоритмов локации БЛА (таблица 1) детально исследовать эффективность рассматриваемого процесса.
Аналитическое описание алгоритма процесса локации БЛА приемопередающей системой НПУ. Рассмотрим детально процесс локации ретропроектора БЛА лазерным лучом с большим углом расходимости. Очевидно, что при увеличении угла расходимости лазерного излучения передающего лазерного канала плотность потока мощности в области объекта локации уменьшается [16, 17]. При значительном удалении БЛА рассеянное от ретропроектора лазерное излучение на входе приемного устройства может быть ниже порога обнаружения, и МФПУ сигнал не примет. Это обстоятельство накладывает ограничения по дальности обнаружения объекта локации. Поэтому необходимо использовать передающий канал повышенной мощности на априорно рассчитанной дальности достоверного обнаружения и распознавания зондирующего сигнала МФПУ при условии накрытия его апертуры лазерным лучом.
Процесс локации БЛА широкой диаграммой направленности с использованием пассивно-лазерного канала можно представить в виде детализированного графа состояний (рисунок 5).
Рисунок 5 - Детализированный граф состояний процесса локации БЛА лазерным лучом
с большим углом расходимости
На данном рисунке введены следующие состояния: С0Ш - исходное состояние: приемопередающие устройства НПУ готовы к работе; С1ш - передающий канал лазерного средства НПУ подготовлен к локации (осуществил наведение лазерного луча в область пространства по предварительному целеуказанию); СШ - проведена локация области пространства (произошло излучение сигнала); С3Ш - при локации БЛА ретропроектор попал в
диаграмму направленности передающего лазерного средства; СШ - при локации БЛА ретропроектор не попал в диаграмму направленности передающего лазерного средства; С5Ш - лазерный луч накрыл ретропроектор, МФПУ не обнаружило отраженное модулированное
лазерное излучение; СШ - лазерный луч накрыл ретропроектор, МФПУ обнаружило
отраженное модулированное лазерное излучение.
В случае, если ретропроектор БЛА попал в область диаграммы направленности, но МФПУ не обнаружило отраженный модулированный сигнал, то процесс переходит в состояние
Сш ~ ~
2 , то есть передающий канал лазерного средства осуществляет повторную локацию заданной области пространства.
Динамику процесса локации БЛА лазерным лучом с большим углом расходимости можно представить в виде инерционных звеньев, приведенных на рисунке 6.
ТО
рш 1 П1
ТО
рш 1
то
—ш
Рш
Рш 1 23
Н6( 5) - РШ 1 36
—Ш РШ - ТО
Вых. 1
Вых. 2
Рисунок 6 - Модель процесса локации БЛА лазерным лучом с большим углом расходимости
Передаточную функцию в форме преобразования Лапласа (соответствующую обнаружению сигнала) определим выражением
Нм(в) = Н _л( 5 ) =.
РШ н0Ш( 5) РШ НШ( РШШШ*) РШ ) 1 - Р2Щ НЩ (5) РЩ ННЩб (5 ) РзШбНзШ5 (5 ) РЩЩ НЩ (5 )
для выхода 1
(5)
где Ру = 1 - РШ
РШ - вероятность перехода из состояния СШ в состояние
СШ ;
Щ (5) = Ц {/Ш (^)}, /Ш (^) - плотность вероятности времени перехода из состояния СШ в
состояние СШ (выполнения задачи в соответствии с графом состояний, представленным на рисунке 6).
На втором этапе после грубой оценки положения БЛА в пространстве передающий канал осуществляет локацию БЛА узкой диаграммой направленности в ограниченной области пространства, формируя более мощный зондирующий сигнал за счет оптимизации расходимости лазерного излучения, что позволит после взятия на высокоточное сопровождение БЛА увеличить эффективную зону управления.
Проводя аналогичные рассуждения относительно процесса локации БЛА лазерным лучом с малым углом расходимости с учетом уменьшения области неопределенности поиска ретропроектора, можно получить передаточную функцию
Н 23® =■
ВД^Д ) Р2 Н2( 5) 1Щз( 5) Рз6 Н3Уб( 5 ) 1 - РЖ (5)РзН (5)Р3бНу5 (5)Р>2Н52 (5)
(6)
Таким образом, на основе расширения пространства состояний процесса локации ретропроектора БЛА получены передаточные функции в форме преобразования Лапласа, учитывающие частные показатели эффективности функционирования приемопередающей
системы НПУ, которые можно корректно вкладывать в общую динамическую модель процесса вхождения в связь. При этом, как показано в работе [18], величина ошибки определения вероятности в такой модели не будет превышать 10-15 %.
Моделирование процесса вхождения в связь. Осуществить обратное преобразование Лапласа выражения (1) с учетом (5), (6) прямыми методами весьма сложно, поэтому предложенный подход в решении поставленной задачи удобен при компьютерном моделировании, в частности использовании среды моделирования динамических объектов Simulink из состава универсального языка технических вычислений MATLAB [19].
Приведенные в модели передаточные функции (изображения плотностей распределений времени пребывания процесса в том или ином состоянии) определяются соответствующими временными задержками (запаздывания) - для детерминированных величин или видом и параметрами распределений случайных величин. В таблице 2 представлены выражения для вероятностей и изображений плотностей распределения времени перехода, представляющих собой частные показатели эффективности каждого этапа функционирования элементов НПУ при вхождении в связь с БЛА.
Таблица 2 - Выражения для вероятностей и плотности распределения процесса локации БЛА приемопередающей системой НПУ
Переход Физический смысл перехода Вероятность перехода Плотность распределения (изображение)
Локация БЛА широкой диаграммой направленности
_^ С0 ^ С1 Передающий канал лазерного средства НПУ подготовлен к локации (осуществил наведение лазерного луча в область пространства по предварительному целеуказанию) 1 п Ш Ли Л0Ш + 5
С1 ^ С2 Проведена локация области пространства (передающий канала лазерного средства НПУ произвел излучение сигнала) 1 1
С2 С3 При локации лазерный луч широкой диаграммы направленности накрыл ретропроектор Т)Ш н 1
С2 ^ С4 При локации лазерный луч широкой диаграммы направленности не накрыл ретропроектор 1 _ рШ н 1
ГГШ С3 ^ С6 Лазерный луч накрыл ретропроектор, МФПУ обнаружило отраженное модулированное лазерное излучение -рШ Робн е-1«5
(-1Ш _^ С3 ^ С5 Лазерный луч накрыл ретропроектор, МФПУ не обнаружило отраженное модулированное лазерное излучение 1 _ РШн е-1«5
С5 ^ С2 Передающий канал лазерного средства осуществил повторную локацию заданной области пространства 1 е^а 5
Локация БЛА узкой диаграммой направленности
Су Су Передающий канал лазерного средства НПУ подготовлен к локации (осуществлено прицеливание лазерного луча в известную область пространства) 1 Лу1 Лу1 + 5
Су ^ С2у Проведена локация области пространства (произошло излучение сигнала) 1 1
Су су ^2 —г При локации лазерный луч узкой диаграммы направленности накрыл ретропроектор ру 1
Су Су ^2 4 При локации лазерный луч узкой диаграммы направленности не накрыл ретропроектор 1 _ ру 1
пу V ПУ Лазерный луч накрыл ретропроектор, МФПУ обнаружило отраженное модулированное лазерное излучение ру обн 5
ру Су ^ —Г ^ Лазерный луч накрыл ретропроектор, МФПУ не обнаружило отраженное модулированное лазерное излучение 1 _ ру 1 г обн 5
С5у ^ С Передающий канал лазерного средства осуществил повторную локацию заданной области пространства 1 е а
В таблице 3 приведены исходные данные для моделирования процесса вхождения в связь.
Таблица 3 - Исходные данные для моделирования
Параметр (характеристика), единица измерения Значение
Локация БЛА широкой диаграммой направленности
Среднее время наведения лазерного луча широкой диаграммы направленности в область пространства по предварительному —ш ! целеуказанию Тпр = 1/Я0Ш , с 1
Вероятность накрытия ретропроектора лазерным лучом широкой диаграммы направленности Рн 1
Время обнаружения отраженного модулированного сигнала МФПУ тя, с 108
Вероятность обнаружения зондирующего сигнала МФПУ Р^ 0,9
Время анализа (принятия решения об обнаружении) та, с 10 7
Локация БЛА узкой диаграммой направленности
Среднее время прицеливания лазерного луча узкой диаграммы направленности в известную область пространства ТПр = 1/Яу , с 2
Вероятность накрытия ретропроектора лазерным лучом узкой диаграммы направленности Ру 1
Время обнаружения отраженного модулированного сигнала МФПУ тя, с 10"8
Вероятность обнаружения зондирующего сигнала МФПУ РуЛн при вероятности ложной тревоги 10 4 0,9
Алгоритмы оценки положения БЛА в пространстве
Время грубой оценки положения БЛА в пространстве ТГр, с 108
Вероятность грубой оценки положения БЛА в пространстве Р12 = Р^Р 0,9
Время точной оценки положения БЛА в пространстве Т^ц, с 108
Вероятность точной оценки положения БЛА в пространстве Р34 = РТ 0,9
Время анализа проведенной оценки Т22 = Т44 = та, с 10 7
Расчет исходных данных для моделирования процесса вхождения в связь проводился исходя из следующих рассуждений:
1. Среднее время наведения лазерного луча широкой диаграммы направленности определялось исходя из оценок точности предварительного целеуказания, которое может осуществляться с использованием оптико-визуальной системы или радиопеленгатором, при условии накрытия области пространства размером (3<гх ,3<х) лазерным лучом и превышения
порога обнаружения сигнала МФПУ [15].
2. Среднее время наведения узкой диаграммой направленности - среднеквадратическими ошибками оценок координат энергетического центра пятна на матрице приемника (ах),
наличием помех (в том числе ложных целей) на изображении и размерами матрицы (¡х, ¡у ) [20]
с учетом оптимизации угла расходимости лазерного излучения [16, 17].
3. Время обнаружения зондирующего сигнала определялось временем наблюдения МФПУ тн = N -тнак, где N - число выборок сигнала, тнак - время накопления сигнала.
4. Вероятность обнаружения зондирующего сигнала рассчитывалась при условии, что среднее количество сигнальных фотоэлектронов S с на входе приемника значительно превышает количество фоновых и помеховых 8ф+п (У »8ф+п ), вероятность ложных тревог составляет 10~4 [11].
5. Время оценок положения БЛА в пространстве и анализа (принятия решений) определялись скоростью обработки информации МФПУ на основе выбора рациональных алгоритмов исходя из помеховой обстановки [11].
На рисунке 7 представлены графики зависимости вероятности вхождения в связь от времени £, построенные в результате реализации динамической модели процесса вхождения в связь между БЛА с ретропроектором и НПУ в среде Simulink. Передаточные функции реализовывались в виде инерционных звеньев, параметры которых определялись в соответствии с параметрами законов распределения времени и вероятностей переходов, указанных в таблице 2 и исходных данных (таблица 3).
Рисунок 7 - Графики зависимости вероятности вхождения в связь между БЛА с ретропроектором и НПУ при использовании одного активного канала от времени t
Из представленных на рисунке 7 зависимостей видно, что для заданных исходных данных
финальная вероятность вхождения в связь составляет limРсв (t) = Рсв = 0,81, а среднее время
t
вхождения в связь 12 с. Оперативность процесса вхождения в связь существенным образом зависит от среднего времени наведения (прицеливания) лазерного луча, а значение показателя эффективности - от вероятности обнаружения зондирующего сигнала при условии накрытия аппертуры приемника и превышения мощности зондирующего сигнала порога обнаружения МФПУ.
На рисунке 8 представлены графики зависимостей вероятности вхождения в связь от времени t для исследуемого в настоящей работе алгоритма и алгоритма взаимного последовательного поиска приемопередающих средств абонентов с применением опорного источника кодированного излучения, полученных в работе [4].
0.7
O.t
0.5
04
0.3
0.2
- ч
У
/ /
/ / j
/ / /
/ 4 * ....... ....... ....... .......
10
12
14
1G
20 t,C
Рисунок 8 - Графики зависимости вероятности вхождения от времени I для различных алгоритмов: 1 - алгоритм вхождения в связь между БЛА с ретропроектором и НПУ при использовании одного активного канала; 2 - алгоритм взаимного последовательного поиска приемопередающих средств с применением опорного
источника кодированного излучения
Результаты сравнительного анализа представленных на рисунке 8 вероятностно-временных зависимостей для идентичных исходных данных показали, что время процесса вхождения в связь между БЛА и НПУ при реализации предложенного алгоритма в 1,5 раза меньше, чем при использовании алгоритма взаимного последовательного поиска приемопередающих средств с применением опорного источника кодированного излучения. Кроме этого использование на БЛА ретропроектора обеспечивает выигрыш в массогабаритных и энергетических характеристиках бортового средства телекоммуникации.
Выводы. На основе разработанной модели процесса вхождения в связь исследованы оперативность и качество рассматриваемого процесса в зависимости от частных показателей функционирования приемопередающей системы НПУ. Показано, что применение способа взаимного обнаружения БЛА с ретропроектором и НПУ при использовании активного канала передающего средства с управляемым углом расходимости лазерного излучения и предложенного алгоритма функционирования средств телекоммуникации абонентов позволит повысить оперативность вхождения в связь в 1,5 раза по сравнению с алгоритмом взаимного последовательного поиска приемопередающих средств абонентов с применением опорного источника кодированного излучения и обеспечит выигрыш в массогабаритных и энергетических характеристиках бортового средства телекоммуникации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Козирацкий А.Ю., Кусакин О.В., Фролов М.М. и др. Управление беспилотным летательным аппаратом типа «квадрокоптер» в условиях сложной электромагнитной обстановки // Материалы XIX международной НМК «Информатика: проблемы, методология, технологии». Воронеж 14-15 февраля 2019. Воронеж: ВГУ, 2019. С. 368-373.
2. Козирацкий А.Ю., Кусакин О.В., Фролов М.М. и др. Способ управления беспилотным летательным аппаратом типа «квадрокоптер» в условиях сложной электромагнитной обстановки // Сборник научных статей по материалам VI международной НПК «Академические жуковские чтения». Воронеж 14-15 ноября 2018. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2019. С. 162-166.
3. Калинин В.С., Козирацкий А.А., Шмаров А.Н. Обоснование характеристик пассивно-лазерного канала передачи информации от беспилотного летательного аппарата к наземному пункту управления // Радиотехника, 2021. Т. 85. № 1. С. 37-43.
4. Кусакин О.В., Прохоров Д.В., Кулешов П.Е. Модель процесса вхождения в связь абонентов воздушной лазерной линии связи на основе использования алгоритма взаимного последовательного поиска приемопередающих средств абонентов с применением опорного источника кодированного излучения // Радиотехника, 2010. № 8. С. 73-76.
5. Сухачев А.Б. Оценка характеристик процесса автосопровождения объекта связи с помощью стохастической модели // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2013. № 1-2. С. 119-122.
6. Сухачев А.Б. Применение статистических методов для оценки характеристик системы связи с использованием остронаправленных антенн в комплексах управления беспилотными летательными аппаратами // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2011. № 1-2. С. 34-38.
7. Сухачев А.Б. Исследование возможности оптимизации параметров комплекса управления БЛА с точки зрения обеспечения устойчивого двухстороннего обмена информацией // Вестник Академии военных наук. 2009. № 3 (28). С. 38-42.
8. Шереметьев А.Г. Статистическая теория лазерной связи. М.: Связь, 1971. 264 с.
9. Гальярди Р.М., Карп Ш. Оптическая связь. М.: Связь, 1978. 424 с.
10. Вейцель В.А., Волковский А.С., Волковский С.А. и др. Радиосистемы управления: учеб. для вузов / под ред. В.А. Вейцеля. М.: Дрофа, 2005. 416 с.
11. Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов: Монография / под ред. Ю.Л. Козирацкого. М.: Радиотехника, 2013. 456 с.
12. Козирацкий Ю.Л., Тимохин В.Н., Козирацкий А.Ю. Оценочно-компенсационный алгоритм выделения кратковременно существующих изображений матричными приемниками // Радиотехника, 2004. № 5. С. 39-42.
13. Козирацкий А.А., Курьянов И.Ю., Прохоров Д.В. Модель процесса определения энергетического центра кратковременного изображения на поверхности матричного фотоприемника с использованием сглаживающей фильтрации // Теория и техника радиосвязи, 2019. № 2. С. 31-36.
14. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974. 832 с.
15. Модели пространственного и частотного поиска: Монография / под ред. Ю.Л. Козирацкого. М.: Радиотехника, 2013. 344 с.
16. Козирацкий Ю.Л. Оптимизация угла расходимости излучения лазерной локационной системы // Радиотехника, 1994, № 3. С. 6-10.
17. Калинин В.С., Козирацкий А.А. Методика обоснования пространственных характеристик лазерного луча систем телекоммуникации при вхождении в связь с воздушными объектами управления // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2020. № 13 (3). С. 338-349.
18. Иванцов А.В., Албузов А.Т., Калинин В.С. Оценка величины ошибки определения вероятности в моделях на основе передаточных функций с приближенным описанием звеньев // Радиотехника. 2018. № 8. С. 18-21.
19. Модели информационного конфликта средств поиска и обнаружения: Монография / под ред. Ю.Л. Козирацкого. М.: Радиотехника, 2013. 232 с.
20. Козирацкий Ю.Л., Прохоров Д.В., Казаков В.С., Кусакин А.В. Алгоритм совместной оценки положения и времени прихода пуасоновского изображения цели и его эффективность в условиях помех // Радиотехника. 2012. № 5. С. 102-106.
REFERENCES
1. Kozirackij A.Yu., Kusakin O.V., Frolov M.M. i dr. Upravlenie bespilotnym letatel'nym apparatom tipa «kvadrokopter» v usloviyah slozhnoj 'elektromagnitnoj obstanovki // Materialy XIX mezhdunarodnoj NMK «Informatika: problemy, metodologiya, tehnologii». Voronezh 14-15 fevralya 2019. Voronezh: VGU, 2019. pp. 368-373.
2. Kozirackij A.Yu., Kusakin O.V., Frolov M.M. i dr. Sposob upravleniya bespilotnym letatel'nym apparatom tipa «kvadrokopter» v usloviyah slozhnoj " elektromagnitnoj obstanovki // Sbornik nauchnyh statej po materialam VI mezhdunarodnoj NPK «Akademicheskie zhukovskie chteniya». Voronezh 14-15 noyabrya 2G18. Voronezh: VUNC VVS «VVA», 2G19. pp. 162-166.
3. Kalinin V.S., Kozirackij A.A., Shmarov A.N. Obosnovanie harakteristik passivno-lazernogo kanala peredachi informacii ot bespilotnogo letatel'nogo apparata k nazemnomu punktu upravleniya // Radiotehnika, 2021. T. 85. № 1. pp. 37-43.
4. Kusakin O.V., Prohorov D.V., Kuleshov P.E. Model' processa vhozhdeniya v svyaz' abonentov vozdushnoj lazernoj linii svyazi na osnove ispol'zovaniya algoritma vzaimnogo posledovatel'nogo poiska priemoperedayuschih sredstv abonentov s primeneniem opornogo istochnika kodirovannogo izlucheniya // Radiotehnika, 2010. № 8. pp. 73-76.
5. Suhachev A.B. Ocenka harakteristik processa avtosoprovozhdeniya obekta svyazi s pomosch'yu stohasticheskoj modeli // Sistemy i sredstva svyazi, televideniya i radioveschaniya. 2013. № 1-2. pp. 119-122.
6. Suhachev A.B. Primenenie statisticheskih metodov dlya ocenki harakteristik sistemy svyazi s ispol'zovaniem ostronapravlennyh antenn v kompleksah upravleniya bespilotnymi letatel'nymi apparatami // Sistemy i sredstva svyazi, televideniya i radioveschaniya. 2011. № 1-2. pp. 34-38.
7. БиИасИеу А.В. ЬБ1еёоуап1е уо2то2ИпоБй орйт^асп рагатей"оу котр1екБа иргау1еп1уа ВЬА б ШсИк1 2геп1уа оЬеБресИеп1уа ш1;о]сЫуо§о ёуиЬв1огоппе§о оЬтепа 1пАэгтас^ // УеБШ1к Акаёет11 уоеппуИ паик. 2009. № 3 (28). рр. 38-42.
8. БИегете^еу АО. 81а11811сЬевкауа 1еог1уа 1а2егпо] Бууа21. М.: Бууа2', 1971. 264 р.
9. Оа1'уагё1 Я.М., Кагр БИ. ОрйсИеБкауа Бууа2'. М.: Бууа2', 1978. 424 р.
10. Уе]се1' У.А., Уо1коуБку А.Б., Уо1коуБку Б.А. 1 ёг. Яаё1оБ^ету иргау1еп1уа: исИеЬ. ё1уа у^оу / роё геё. У.А. Уе]се1уа. М.: Бгс^а, 2005. 416 р.
11. ОЬпаги2Ьеп1е 1 коогётаШтеШуа орйко- е1ек№оппуИ вгеёв1у, осепка рагате1хоу 1И Бщпа1оу: Мопо§гаГ1уа / роё геё. Уи.Ь. Ко21гаско§о. М.: Яаё^еИп1ка, 2013. 456 р.
12. Ко21гаску Уи.Ь., Т1тоИ1п У.К., Ко21гаску А.Уи. ОсепосИпо-котрепБас1оппу] а^огкт ууёе1еп1уа кга1коугетеппо 8и8сЬе81уиуи8сЬ1к 12оЬга2Иепу таШсИпут1 рг1етп1кат1 // Яа^еИшка, 2004. № 5. рр. 39-42.
13. Ко21гаску А.А., Киг'уапоу 1.Уи., РгоИогоу Б.У. Моёе1' ргосеББа оргеёе1еп1уа 'епег§е11ске8ко§о сеп^а кга1коугетеппо§о 12оЬга2Ьеп1уа па роуегИпоБй та1г1сЬпо§о йо;орг1етп1ка б 1вро1'2оуап1ет 8§1а2к1уауи8сЬе] ШЧгас11 // Теог1уа 1 1еЬп1ка гаё1овууа21, 2019. № 2. рр. 31-36.
14. Когп О., Когп Т. БргауосИшк ро та1ета11ке ё1уа паисИпуИ гаЬоШ1коу 1 ^Иепегоу. М.: Каика, 1974. 832 р.
15. Моёе11 ргоБ1гапБ1уеппо§о 1 сЬав1о1по§о ро1Бка: Мопо§гаГ1уа / роё геё. Уи.Ь. Ко21гаско§о. М.: Яа^еИшка, 2013. 344 р.
16. Ко21гаску Уи.Ь. Орйт12ас1уа и§1а гаБИоё1тоБй ЫисИешуа 1а2егпо] 1окас1оппо] Б^ету // Radiotehnika, 1994, № 3. рр. 6-10.
17. Ка11п1п У.Б., Ко21гаску А.А. Ме1оё1ка оЬоБпоуап1уа рго81гапв1уеппуЬ Иага^епБйк 1а2егпо§о 1исИа Б^ет 1е1екоттип1кас11 рг1 уИо2Иёеп11 у Бууа2' б уо2ёшИпут1 оЬе^ат1 иргау1еп1уа // 2Ьигпа1 81Ь1гвко§о Геёега1'по§о ип1уеге^а. ТеИп1ка 1 1еЬпо1о§11. 2020. № 13 (3). рр. 338-349.
18.1уапсоу А.У., А1Ьи2оу А.Т., Ка11п1п У.Б. Осепка уе11сЫпу обЫЬЫ оргеёе1еп1уа уегоуаШоБй у тоёе1уаИ па оБпоуе регеёаШсИпуИ Шпксу б рпЫ^Иеппут ор1Бап1ет 2уеп'еу // Яаё1о1еЬп1ка. 2018. № 8. рр. 18-21.
19. Моёе11 1пРэгтас1оппо§о konf11kta вгеёв1у ро1Бка 1 оЬпагтИешуа: Мопо§гаГ1уа / роё геё. Уи.Ь. Ко21гаско§о. М.: Яа^еИшка, 2013. 232 р.
20. Ко21гаску Уи.Ь., РгоИогоу Б.У., Ка2акоу У.Б., Кшак1п А.У. A1goг1tm soуmestnoj осепк1 ро1о2Ьеп1уа 1 угетеп1 ргШоёа puasonovskogo 12оЬга2Ьеп1уа се11 1 ego " effekt1уnost' у ш1оу1уаИ ротеИ // Rad1otehn1ka. 2012. № 5. рр. 102-106.
© Калинин В.С., Козирацкий А.А., Силюнцев С.В., 2022
UDK 621.391.8:535.2 GRNTI 78.25.41
PROBABILISTIC MODEL OF THE ENTERING PROCESS INTO COMMUNICATION BETWEEN AN UNMANNED AERIAL VEHICLE AND A GROUND CONTROL POINT USING ONE ACTIVE CHANNEL
V.S. KALININ, Candidate of Technical Sciences A.A. KOZIRATSKIY
S.V. SILYUNTSEV
The entering process probabilistic model into communication between an unmanned aerial vehicle and a ground control point has been developed, which is based on a method of mutual detection when using an active channel with a controlled divergence angle of laser radiation by one of the subscribers. The process dynamics under consideration is presented in the form of an oriented graph of states reflecting the algorithm proposed by the authors for the functioning of the ground control point transceiver system. The algorithmic process analytical description was carried out using the method of transfer functions formed by the Laplace transformation of direct integral-differential equations representing the process of entering into a connection as a semi-Markov process. The process simulation was carried out in the Simulink environment, the results are presented in the form of probabilistic-temporal dependencies, which allow us to assess the efficiency and quality of entering into communication depending on the unmanned aerial vehicle ground control point and telecommunications transceiver system functioning particular indicators.
Keywords: unmanned aerial vehicle, retro projector, control, communication, algorithm, model.
УДК 621.391 ГРНТИ 78.25.31
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБА И АЛГОРИТМА СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МАТРИЧНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ОЦЕНОЧНО-КОМПЕНСАЦИОННОГО ПРИНЦИПА
Ю.Л. КОЗИРАЦКИЙ, доктор технических наук, профессор Д.В. ПРОХОРОВ, доктор технических наук, доцент А.А. КОЗИРАЦКИЙ
На основе методов теории вероятностей, оптимального приема и компьютерного моделирования в интересах повышения эффективности управления беспилотными летательными аппаратами по оптическому каналу в сложной фоно-помеховой обстановке обоснованы способ и алгоритм снижения влияния помех на функционирование матричного фотоприемника на основе оценочно-компенсационного принципа. Для случая пуассоновских распределений сигнала, шумов и помех от постоянно действующих и медленно флуктуирующих источников с использованием метода максимума апостериорной вероятности разработаны алгоритм оценки величины помехи в элементах матричного фотоприемника, а также оценочно-компенсационный алгоритм обработки изображений матричным фотоприемником в условиях помех. Проведен их анализ с использованием критерия идеального наблюдателя. Приведены результаты компьютерного моделирования, которые показывают достаточно высокую эффективность предлагаемого алгоритма.
Ключевые слова: управление, алгоритм, способ, оценка, матричный фотоприемник, компенсация помех.
Введение. В последние годы все большее распространение получает беспилотная авиация. Сферы применения современных беспилотных летательных аппаратов (БЛА) достаточно многообразны [1, 2]. Активно используются БЛА малого класса. При решении задач информационного обеспечения в условиях городской застройки наиболее распространенными БЛА являются мультикоптеры. Они реализуются по вертолетной схеме с тремя или более несущими винтами и управляются дистанционно посредством радиосвязи по каналу полетного контроллера БЛА и пульта управления. Опыт ведения боевых действий в Сирии показывает, что в условиях сложной электромагнитной обстановки управление таким средством может быть существенно затруднено. Это обусловливает изыскание новых более эффективных способов управления БЛА малого класса.
Актуальность. В работах [3-5] предложен способ управления БЛА малого класса путем использования оптического канала. Для передачи информации с БЛА на наземный пункт управления предлагается использовать ретроотраженное от формирующей оптики БЛА управляющее лазерное излучение. Прием ретроотраженного лазерного излучения матричным фотоприемником (МФП) будет осуществляться на фоне помех. Возникает задача приема полезного сигнала с требуемым качеством в условиях воздействия помеховых и фоновых излучений, а также внутренних шумов приемника. При этом достаточно актуальным будет изыскание способов уменьшения влияния перечисленных помех и оценка их эффективности.
Целью работы является обоснование способа и алгоритма снижения влияния помех на функционирование матричного фотоприемника на основе оценочно-компенсационного принципа.
Способ уменьшения действия помех на МФП на основе оценочно-компенсационного принципа. Рассмотрим основные характеристики МФП и изображения, формируемого на фоточувствительной поверхности МФП в результате воздействия полезного сигнала, помехового излучения различного происхождения, а также фонового излучения и внутренних шумов приемника [6-8]. Представим структуру МФП в виде, показанном на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структура и пространственные характеристики матричного фотоприемника
Матричный фотоприемник состоит из N хМ элементов с площадью фоточувствительной поверхности Дэ = Д1 • Д2. На фоточувствительную поверхность МФП формирующей оптикой
проецируется изображение 1Л( х, у, 1), спектральная плотность интенсивности которого имеет
размерность Вт/ м2 мкм. В общем случае рассматриваемую спектральную плотность интенсивности можно представить в виде
1Л (- ^ 1) = 11Л (- ^ 1) + 12Л (- У, 1) + 1ШЛ (- У, 1) ,
(1)
где 11Л(х,у, 1) - спектральная плотность интенсивности полезного сигнала (изображения),
образованного ретропроектором и поверхностью БЛА; 12Л(х,у, 1) - спектральная плотность
интенсивности помехового сигнала (изображения), образованного постоянно действующими и
медленно флуктуирующими источниками оптического излучения; 1ШЛ (х, у, 1) - спектральная
плотность интенсивности шумов, обусловленных воздействием фона, и пересчитанных на вход внутренних шумов приемника.
На каждый элемент МФП подается часть изображения. Усредненную спектральную плотность интенсивности по поверхности элемента можно представить в виде
1 х у]
1л( - , У г , 1 ) = 1л(^ J, 1 ) = Т^ | | Лx, У, 1 ^ХйУ .
Д, Д 2 . .
1 2 --Д, У] -Д2
(2)
Будем считать, что длительность интервала наблюдения, в течение которого проводится оценка, равна Т, причем интервал Т разбит на К подынтервалов одинаковой длительности т.
В течение длительности подынтервала г проявляются изменения по интенсивности изображения в элементе МФП (рисунок 1). Среднее значение спектральной плотности интенсивности изображения в интервале времени от гк - г до гк на поверхности элемента МФП с координатами
(г, ]) можно оценить с помощью равенства
1 %
ь (', ^, ч)=ь (', ^,к)=-1 ь (', Л, * №.
(3)
Число фотоотсчетов в интервале времени г можно определить как
_ 1 Л
£ (', j, к) = — | ГлЛ1Х (', j, к)АэМ,
(4)
где к - постоянная Планка; с - скорость света; г/л - квантовая эффективность элемента МФП на длине волны Л; Л2 =АЛ - оптическая полоса чувствительности элемента МФП; 1Л (', _/, к) - средняя в интервале времени (гк — г, гк) спектральная яркость изображения на
поверхности элемента МФП с координатами (г, j) . Тогда выражение (1) можно записать
£ (', Л к) = £ (г, j, к) + (', j, к) + Бш (', j, к):
(5)
_ 1 Л2 _ _ 1 Л2
где £Ш (', Л к) = кс IЛлЛ1фл (',•/, к)Аэг№Л + £вш (', Л, к), £ (', j, к) = кс I ГлЛ1Л (', j, к)Аэг№Л,
Л1 Л1
_ 1 Л2
£2 (и j, к) = -¡С\rlлЛ2I2л(i, j, k)АэгdЛ, ^ j, к) , 12Л (', j, к) и 1фл(j, к) - средние в интервале
Л1
времени (гк —г, гк) спектральные яркости полезного, помехового и фонового изображений на поверхности элемента МФП с координатами (г, ] ); Беш (', _/, к) - число фотоотсчетов в интервале времени (гк — г, гк ), обусловленных (пересчитанными на вход) внутренними шумами приемника.
Обозначим через £(хг, Уг, г) случайное (неизвестное) воздействие на элемент МФП с координатами (г, Л ) в момент времени (
X У1
£( X, У г, г ) = — I I £(x, У, г = £(i, j, г):
(6)
э X —А1 У1 —Аг
1 Л
где £ (X У, г) = — I ГлЛ£Л (X У, г)Аэг№Л.
кс
Л
В условиях, когда каждым элементом МФП ведется наблюдение в отдельные моменты времени (дискретное наблюдение), то полезная информация может заключаться в принятых сигналах, имеющих случайные величины. В этом случае дискретный вектор отсчетов фотодетектора определяется выражением
*к—г
(7)
Сущность оценочно-компенсационного алгоритма состоит в оценке величины ¿2 (х, у, гз) и вычитании из входного воздействия, представляющего собой сумму ¿1 (х, у, 1) + ¿2 (х, у, 1) + 8Ш (х, у, 1) оценочной величины помехи
81(х,у^) + 82(х,у^) + 8ш(х,у^)-§2(х,у,1-т3) = 81(х,у,1) + 8ш(х,у,1) + А82(х,у,1). (8)
Полученная разность поступает на дальнейшую обработку, которая зависит от решаемой задачи, связанной с обнаружением, различением, сопровождением или распознаванием. Общая структура алгоритма представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Общая структурная схема оценочно-компенсационного алгоритма
На рисунке приняты следующие обозначения: МФП - матричный фотоприемник; УОП - устройство оценки величины помехи; БЛЗ - блок линии задержки; УВ - устройство вычитания; УПО - устройство последующей обработки.
Разработка алгоритма оценки величины помехи в элементах матричного фотоприемника. В течение длительности подынтервала г проявляются изменения по интенсивности излучений (рисунок 1) так, что интенсивность отсчетов, создаваемых помеховым
полем в к -ом подынтервале элемента МФП с координатами (г, ]), запишется в виде ¿2 (г, ], к) и ¿'ш{г, ]) (г = 1,2,..., I; ] = 1,2,..., д; к = 1,2,..., К ). Шумовая помеха в элементе (г, ]) предполагается стационарной с постоянной интенсивностью отсчетов (г, ]). Поскольку интервал Т разбит на К подынтервалов, в конце каждого подынтервала осуществляется оценка интенсивности отсчетов помехового изображения в элементе с координатами (г, ]). С учетом рекомендаций,
изложенных в [9, 10], число фотоэлектронов, образованных в результате воздействия помехового излучения и связанных с фоновыми и внутренними шумами, на интервале Т фотоэлемента с координатами (г, ] ) будет подчинено закону Пуассона
.\~|£(г, ] ,к)
) iiо) п^ь**в)+^^
(9)
где ¿2 (г,],к|в) = ¿2 (г,],к|в)г ; в - параметр, подлежащий оценке.
С учетом рекомендаций в [10] будем считать, что помеховое излучение (изображение) имеет одинаковое среднее значение в элементе в процессе наблюдения. Тогда
Ци,Щ=е(и])82.
Пусть 9 (г, Л) имеет экспоненциальную плотность вероятности вида
(10)
р (9)-^
2еХР
' 9. ^
__ч_
ч у
9 >о.
(11)
Оценка параметра 9 (г, Л) по методу максимума апостериорной вероятности требует определения
тах \ \ £ (г, Л, к ) 1п [ £2 (г', у, к\ 9) + Бш (г', у )] - К £2 (', у, к| 9) + 1пр & )'
9 I к=1 к=1 I
(12)
где - априорная плотность #(',./) .
Если существует решение для в (/, 7), то оно должно удовлетворять условию экстремальности
/>(*„) ¿г17'7'
А-1
(13)
С учетом (10), (11), а также №1пр(9у)/=-0,5а2 уравнение (13) можно представить в
виде
2а2 в„Б2 + бш(и)^к ' 2
(14)
Решение уравнения (14) имеет вид
6> =
" £2К +1/2^7 к=1
Т^(г, У, к )-
£ш (г, 7 )
£
(15)
Таким образом, устройство оценки по методу максимума апостериорной вероятности должно суммировать фотоотсчеты на всем интервале наблюдения Т = Кт и осуществлять вычисления по алгоритму, структура которого представлена на рисунке 3. Среднее значение оценки можно определить следующим образом:
= Е
А=1
£'тК-
£ш (г, 1) _ Е(9) £2тК + £ш (К 1)К Бш (г, 7)
£
Б'2тК -
£
2^2
(16)
, Е{в^2к + 8ш(г,])к
К-
£2
Рисунок 3 - Структура алгоритма оценки числа отсчетов, создаваемых помеховым изображением в элементе МФП
Из (16) следует, что смещение в общем случае не равно нулю и оценка не является несмещенной. Однако, если увеличить время наблюдения Т = Кт так, что Я2тК » 1/2^ , то
(р) ~ и оценка приближается к несмещенной.
Дисперсия оценки:
а
( Б'2гК +12*; )
2*^К + ^ (/, у) К _2 ( £К +)2 2'
(17)
При возрастании времени наблюдения а2 « _ ь и, следовательно, дисперсия оценки по
52тК
методу максимума апостериорной вероятности пропорциональна а* и обратно пропорциональна
средней энергии оцениваемого сигнала.
Для получения оценки интенсивности исследуемого оптического поля в присутствии шумов должны быть известны (заданы) длительности подынтервалов г и времени наблюдения Т, среднее значение числа отсчетов £2 за время Т (обусловленных воздействие на вход элемента МФП оцениваемого оптического излучения), дисперсия оцениваемого параметра (интенсивности), а также среднее значение шумовых фотоэлектронов за время наблюдения. Для любого устройства, осуществляющего несмещенную оценку, дисперсия этой оценки ограничена снизу границей Рао-Крамера [10]
ГКР = ^ Е
а V (в) } [/2 (и У, в)]2 я
дв2
\
/2 (^ У, в) + /ш (К У )
(18)
где / (/, у, ^ в) - непрерывная функция интенсивности образования фотоотсчетов при
воздействии помехового излучения (изображения); Ущ(1, У) - непрерывная функция
интенсивности образования фотоотсчетов, обусловленных шумами.
Разработка оценочно-компенсационного алгоритма обработки изображений матричным приемником в условиях помех. Рассмотрим задачу обнаружения сигнала на фоне
флуктуационных помех (внутренних шумов и флуктуаций фона) и помехового сигнала, представляющего собой постоянное или медленно флуктуирующее излучение помеховых источников как задачу различения двух сигналов (изображений).
Разрабатываемое устройство с учетом компенсации излучения помеховых источников с запаздыванием т3 = шт должно оптимальным образом принимать решение об истинности двух гипотез:
Щ: £ (и У, к) = (/, к) - (/, к-т) + (/, у,£),
Н2: £ (/', 7, Аг) = ^ (/, к) + (/, ],к)~ §2 (/, у,Аг-/я) + (/, к).
(19)
Рассмотрим случай, когда решение о наличии сигнала £1 (г, у', к) принимается по одному
отсчету принятой реализации '(г, у', к) на выходе МФП. В предположении статистической
независимости значений сигналов и помех в различных элементах МФП и учитывая, что распределения сигналов и помех на выходе одного элемента МФП подчинены закону Пуассона, многомерные условные плотности распределения изображений на выходе МФП, соответствующие двум гипотезам, будут иметь вид:
М N
Р ('/н )=ПП
Я ■У)
г =1 У=1
М N
'( г-, 7 )!
Р ('/н 2 )=ПП
Я ■ 1)
(20)
г=1 у=1
'(*. У')!
-хе
где £1 (г,'), £2 (г, Л) и (г, 7') - средние значения сигнальных, помеховых и шумовых фотоэлектронов на выходе элемента МФП с индексами г,у за время отсчета.
Отношение правдоподобия в этом случае можно записать следующим образом
, ИуНгЪ пп
" р( унх )=п^п=п
(', у) + (', у) - (^2 (', у)) + Зщ (', у) ^2 (', У') - {§2 (', У')) + ^Д/ ('> У')
'(г. У)
(21)
Алгоритм принятия решения о наличии сигнала в принятом изображении можно получить путем сравнения логарифма отношения правдоподобия с порогом применительно к критерию
я2
идеального наблюдателя [11]. С учетом
Р (Н2 )
М N
П П
Р (Н1) И У
и к = 1, получим следующее условие
Л = ЕЕ'(г, У') 1п
г =1 у =1
У) + ^2 (', У') ~ (', У')) + У')
£ у) - (£> (', У))+(', У)
н2 >
< н,
к
^(г, у)> к <
н
(22)
Р г (н) - - М N _
где к=1п—^—+ £1 (Е) - порог различения; £1 = (г,У) - суммарное среднее
Ррг (н2 ) г=1 у=1
значение сигнала по всем элементам МФП; Ррг (Н1) и Ррг (Н2) - априорные вероятности гипотез
Я1 иЯ2.
5 (', У)+(', У) - (§2 (', У)}+Зщ (', У) (', У) ~ {§2 (', У)) + (', У)
период съема и обработки изображения много меньше времени корреляции сигнала, оценочно-компенсационный алгоритм можно представить в следующем виде
Введем обозначение а (г, у ) =1п
. Полагая, что
И 2 >
А=£I[?л0-£('■,и* - г, )>('■,У) ь
г =1 у=1
(23)
где £'(г,У,= (г,у,+ (г,у,/) + (г,у,/) (0 = 0 или 1 - при отсутствии или наличии
сигнала в принятом оптическом излучении).
Структурная схема квазиоптимального приемного устройства, реализующего оценочно-компенсационный алгоритм обработки изображений, представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Структурная схема квазиоптимального приемного устройства, реализующего оценочно-компенсационный алгоритм
Анализ оценочно-компенсационного алгоритма обработки изображений матричным приемником в условиях помех. Проведем анализ алгоритма, определяемого выражением (23). В качестве показателей эффективности алгоритма примем условные вероятности правильного обнаружения полезного сигнала Робн и ложной тревоги Яля!.
Логарифмы отношения правдоподобия Л при условии справедливости гипотез Н1 и Н2 можно определить следующим образом:
М N
Я1 : Л1 +
г=1 у =1
М N
(24)
г=1 у=1
Тогда, учитывая, что значения сигнальных, помеховых и шумовых фотоэлектронов на выходе элемента МФП распределены по закону Пуассона, средние значения и дисперсии Л1 и
Л запишем:
г=1 у=1
М N г_ _ -
= ЕЕ а 2 (у ) ^2 (и у ) - < (г,у) + ^Ш (у )
г=1 у =1
М N _ _ _ _
г=1 у =1
г=1 у=1
< = ЕЕ а2 (у) ^ ^ у) + ^2 ^ у) - <(г,у) + ^Ш ^у)
где сг] (. ^ - дисперсия оценки числа фотоотсчетов на выходе элемента МФП, обусловленных
помеховым излучением.
В соответствии с (23) Л представляет собой сумму большого числа случайных величин и в соответствии с центральной предельной теоремой ее закон распределения может быть принят нормальным. Тогда плотности распределений логарифма отношения правдоподобия для гипотез Н1 и И2 можно записать следующим образом:
(л-Ы )2
Н1: Р (Л Н1 ) = -р1- е < , Н2: Р2 (Л Н2 ) = -р±-
(Л-Л2)2
2<т;
>2
(26)
Условные вероятности правильного обнаружения полезного сигнала и ложной тревоги в условиях помех, образуемых постоянно действующими и медленно флуктуирующими источниками оптического излучения, для случая реализации оценочно-компенсационного алгоритма могут быть получены с использованием выражений [11, 12]
^-л 2
РК = / р2 (Л Н2 )ЯЛ = 1 - Ф , БК = { А (Л Н )ял = 1 - Ф
V < у
V < у
(27)
12
где Ф (г) = .— Г е-х - интеграл вероятностей [12]. л/2^-1
С учетом (22) и (25) выражения (27) можно записать как:
Р1 = 1 - ф
1п Р" (Н >
Р
рг
ЬЦ+^ (Е) -Е Е«('"> Л $ ('. Л+^ (/, у) - & (/, у))+^ (/, у)
2) г =1 у =1 Ь *
М N
г=1 у =1
ЕЕ а 2 (^ у ) ^ (^ у ) + ^ у ) - < (г, у) + ^Ш у )
=1-Ф
лт
1п
Ррг (Н1) , о
(28)
Р
рг
ЬН + ^ (Е) -Е Е «Л ^ (/,у) - (/, 7)) + ^ (/,у)
2) г=1 у =1 Ь
М N
г=1 у =1
ЕЕа2 (^ у) ^ (^у)-<(г,у) + ^ш у)
Для случая отсутствия реализации оценочно-компенсационного алгоритма условные вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги:
(
Рбн = 1 - Ф
1п
РРг (Н) , .
Л
р
рг
кгЧ+$ (2) - ЕЕ-^ (•,7) [(•,7)+(•, 7)+(и ])]
\Н 2) •=1 7=1
М N
ЕЕ а1 (7) [ $1 (•, 7) + $2 (••, 7)+(•, 7)]
•=1 ]=1
Рбк = 1 - Ф
лт
1п
рг (Н1 ) , ё
М N
р
рг
+$1 (Е) -ЕЕ -бк (7) [ $2 (••, 7) +(•, 7)]
(Н 2 ) •=1 ] =1
I М N
ЕЕ-бк (7)[$2 (•, 7) +(•, 7)]
•=1 7=1
(29)
где абк (/,7) =1п
$1 (К7) + $2 (К7) + $Ш 7)
$2 (К7) + 7)
Для нижеуказанных исходных данных было проведено компьютерное моделирование предложенного алгоритма и проведен его анализ по выбранным показателям эффективности.
Исходные данные М = N = 50; К = 10; ¡5Ш = 1; = 3,1; а = 1; ^(Е) = 76.
На рисунке 5 в разных проекциях представлены рассматриваемые при моделировании изображения пуассоновских шумов, помех и полезного сигнала на выходе МФП в к -ый момент времени. На рисунке 6 показано суммарное изображение на выходе МФП к некоторому моменту времени.
В результате моделирования алгоритма получено оценочно-компенсирующее изображение с математическим ожиданием (7,7)^=3 и дисперсией оценки сг| ^ .^=0,7. С
использованием полученных выражений (28) и (29) для случаев реализации оценочно-компенсационного алгоритма и без таковой определены условные вероятности правильного
обнаружения и ложной тревоги по критерию идеального наблюдателя (Ррг (Н1 ) = 0,5; ррг (Н2) = ад Рбн = 0,48, Рбн = 0,97, ^ = 6-10-9, ¥1 = 1,2-10-4.
Рисунок 5а - Изображения пуассоновских шумов, помех и полезного сигнала на выходе МФП
в к -ый момент времени
Рисунок 5б - Изображения пуассоновских шумов, помех и полезного сигнала на выходе МФП
в к -ый момент времени
Рисунок 6 - Суммарное изображение на выходе МФП к моменту времени t
Результаты анализа полученных оценок подтверждают обоснованность использования оценочно-компенсационного алгоритма для повышения помехоустойчивости МФП при реализации предлагаемого способа управления БЛА. При применении оценочно-компенсационного алгоритма в сравнении с алгоритмом без компенсации можно видеть существенное повышение вероятности правильного обнаружения полезного оптического сигнала в условиях помех, обусловленных постоянно действующими и медленно флуктуирующими источниками оптического излучения, на фоне незначительного повышения вероятности ложной тревоги.
Выводы. В интересах повышения эффективности управления беспилотными летательными аппаратами по оптическому каналу проведено обоснование способа и алгоритма снижения влияния помех на функционирование матричного фотоприемника, заключающихся в оценке принимаемого постоянного или медленно флуктуирующего излучения помеховых источников и последующей его компенсации в аддитивной смеси полезного ретроотраженного лазерного излучения, помех и шумов. Базируясь на методах теории вероятностей, оптимального приема и компьютерного моделирования, разработаны и проанализированы алгоритм оценки величины помехи в элементах матричного фотоприемника и оценочно-компенсационный алгоритм обработки принимаемого в сложной фоно-помеховой обстановке изображения. Задача решалась для случая дискретных пуассоновских статистических распределений сигналов, помех и шумов. Оценка величины подлежащей компенсации помехи осуществлялась с использованием метода максимума апостериорной вероятности. Получены аналитические выражения для определения условных вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги по критерию идеального наблюдателя, с использованием которых на основе компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ эффективности обнаружения полезного сигнала для случаев применения рассматриваемых способа и алгоритма и без них. Результаты проведенного
моделирования подтвердили достаточно высокую эффективность предлагаемых способа и алгоритма.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. Книга 1. Принципы построения и особенности применения комплексов с БЛА. Научная серия. Под ред. В.С. Вербы и Б.Г. Татарского. М.: Радиотехника, 2016. 512 с.
2. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. Книга 2. Робототехнические комплексы на основе БЛА. Научная серия. Под ред. В.С. Вербы и Б.Г. Татарского. М.: Радиотехника, 2016. 824 с.
3. Козирацкий А.Ю., Кусакин О.В., Фролов М.М., Козирацкий А.А. Управление беспилотным летательным аппаратом типа «квадрокоптер» в условиях сложной электромагнитной обстановки // Материалы XIX международной НМК «Информатика: проблемы, методология, технологии». Воронеж 14-15 февраля 2019 / ВГУ; ред. Д.Н. Борисова. Воронеж, 2019. С. 368-373.
4. Калинин В.С., Козирацкий А.А. Шмаров А.Н. Обоснование характеристик пассивно-лазерного канала передачи информации от беспилотного летательного аппарата к наземному пункту управления // Радиотехника, 2021. Т. 85. № 1. С. 37-43.
5. Козирацкий А.Ю., Кусакин О.В., Фролов М.М., Козирацкий А.А. Способ управления беспилотным летательным аппаратом типа «квадрокоптер» в условиях сложной электромагнитной обстановки // Сборник научных статей по материалам VI международной НПК «Академические Жуковские чтения». Воронеж 14-15 ноября 2018. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2019. С. 162-166.
6. Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов: Монография / Ю.Л. Козирацкий и др. М.: Радиотехника, 2015. 456 с.
7. Оценочно-компенсационный алгоритм выделения кратковременно существующих изображений матричными приемниками / Ю.Л. Козирацкий, А.Ю. Козирацкий, В.Н. Тимохин // Радиотехника. 2004. № 5. С. 39-42.
8. Оценочно-компенсационный алгоритм различения кратковременно существующих изображений приемниками, работающими в режиме счета электронов / Ю.Л. Козирацкий, А.Ю. Козирацкий, А.В. Иванцов // Радиотехника. 2004. № 5. С. 43-48.
9. Шереметьев А.Г. Статистическая теория лазерной связи. М.: Связь, 1971. 264 с.
10. Гильярди Р.М., Карп Ш. Оптическая связь: пер. с англ. / под ред. А.Г. Шереметьева. М.: Связь, 1978. 424 с.
11. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983. 320 с.
12. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов. 7-е изд. стер. М.: Высш. шк., 2001.
575 с.
REFERENCES
1. Kompleksy s bespilotnymi letatel'nymi apparatami. Kniga 1. Principy postroeniya i osobennosti primeneniya kompleksov s BLA. Nauchnaya seriya. Pod red. V.S. Verby i B.G. Tatarskogo. M.: Radiotehnika, 2016. 512 p.
2. Kompleksy s bespilotnymi letatel'nymi apparatami. Kniga 2. Robototehnicheskie kompleksy na osnove BLA. Nauchnaya seriya. Pod red. V.S. Verby i B.G. Tatarskogo. M.: Radiotehnika, 2016. 824 p.
3. Kozirackij A.Yu., Kusakin O.V., Frolov M.M., Kozirackij A.A. Upravlenie bespilotnym letatel'nym apparatom tipa «kvadrokopter» v usloviyah slozhnoj " elektromagnitnoj obstanovki // Materialy XIX mezhdunarodnoj NMK «Informatika: problemy, metodologiya, tehnologii». Voronezh 14-15 fevralya 2019 / VGU; red. D.N. Borisova. Voronezh, 2019. pp. 368-373.
4. Kalinin V.S., Kozirackij A.A. Shmarov A.N. Obosnovanie harakteristik passivno-lazernogo kanala peredachi informacii ot bespilotnogo letatel'nogo apparata k nazemnomu punktu upravleniya // Radiotehnika, 2021. T. 85. № 1. pp. 37-43.
5. Kozirackij A.Yu., Kusakin O.V., Frolov M.M., Kozirackij A.A. Sposob upravleniya bespilotnym letatel'nym apparatom tipa «kvadrokopter» v usloviyah slozhnoj 'elektromagnitnoj obstanovki // Sbornik nauchnyh statej po materialam VI mezhdunarodnoj NPK «Akademicheskie Zhukovskie chteniya». Voronezh 14-15 noyabrya 2018. Voronezh: VUNC VVS «VVA», 2019. pp. 162-166.
6. Obnaruzhenie i koordinatometriya optiko-'elektronnyh sredstv, ocenka parametrov ih signalov: Monografiya / Yu.L. Kozirackij i dr. M.: Radiotehnika, 2015. 456 p.
7. Ocenochno-kompensacionnyj algoritm vydeleniya kratkovremenno suschestvuyuschih izobrazhenij matrichnymi priemnikami / Yu.L. Kozirackij, A.Yu. Kozirackij, V.N. Timohin // Radiotehnika. 2004. № 5. pp. 39-42.
8. Ocenochno-kompensacionnyj algoritm razlicheniya kratkovremenno suschestvuyuschih izobrazhenij priemnikami, rabotayuschimi v rezhime scheta 'elektronov / Yu.L. Kozirackij, A.Yu. Kozirackij, A.V. Ivancov // Radiotehnika. 2004. № 5. pp. 43-48.
9. Sheremet'ev A.G. Statisticheskaya teoriya lazernoj svyazi. M.: Svyaz', 1971. 264 p.
10. Gil'yardi R.M., Karp Sh. Opticheskaya svyaz': per. s angl. / pod red. A.G. Sheremet'eva. M.: Svyaz', 1978. 424 p.
11. Tihonov V.I. Optimal'nyj priem signalov. M.: Radio i svyaz', 1983. 320 p.
12. Ventcel' E.S. Teoriya veroyatnostej: ucheb. dlya vuzov. 7-e izd. ster. M.: Vyssh. shk., 2001.
575 p.
© Козирацкий Ю.Л., Прохоров Д.В., Козирацкий А.А., 2022
UDK 621.391 GRNTI 78.25.31
investigation of the method and algorithm effectiveness for reducing the interference influence on the matrix photodetector functioning based on the evaluation-compensation principle
Y.L. KOZIRATSKIY, Doctor of Technical Sciences, Professor D.V. PROHOROV, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor A.A. KOZIRATSKIY
The method and algorithm for reducing the matrix photodetector functioning interference influence are substantiated in order to increase the efficiency of controlling unmanned aerial vehicles via an optical channel in a complex background-interference environment based on the evaluation-compensation principle using methods of probability theory, optimal reception and computer modeling. An algorithm for estimating the magnitude of interference in the elements of a matrix photodetector has been developed, as well as an estimated compensation algorithm for image processing by a matrix photodetector under interference conditions using the method of maximum a posteriori probability for the case of Poisson distributions of signal, noise and interference from constantly operating and slowly fluctuating sources. Their analysis is carried out using the criterion of an ideal observer. The results of computer modeling are presented, which show a sufficiently high efficiency of the proposed algorithm.
Keywords: control, algorithm, method, estimation, matrix photodetector, interference compensation.
УДК 623.61 ГРНТИ 78.21.49
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЛИНИИ ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ ФАЗОВЫМ СПОСОБОМ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В МЕСТОПОЛОЖЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ ПЕЛЕНГАТОРА
М.Л. ПАРИНОВ, кандидат технических наук, доцент Р.С. НИСТРАТОВ К.Я. СОЛАЙМАН
Разработана модель процесса определения параметров пространственной линии положения источника радиоизлучения, расположенного на беспилотном летательном аппарате, позволяющая учитывать, как стохастический характер фазовых измерений, так и неопределенность в собственных координатах антенных элементов пеленгатора. Приведены зависимости математического ожидания величины линейной ошибки пеленгования как параметра, характеризующего точность определения направления на источник радиоизлучения от среднеквадратических отклонений распределения координат антенных элементов и измеренной фазы электромагнитной волны в предположении их нормального характера.
Ключевые слова: антенная система, беспилотный летательный аппарат, координатометрия, моделирование, пеленгация.
Введение. Анализ опыта ведения локальных войн и военных конфликтов последних лет свидетельствует о смещении акцентов вооруженного противостояния из области непосредственного соприкосновения в информационную среду. Подобные условия определяются базовой сущностью концепции сетецентрической войны, которая предусматривает формирование единого информационно-телекоммуникационного пространства с иерархически распределенным доступом. Одним из основных аспектов существования этого пространства является, помимо прочего, применение различных классов беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в оперативно-тактической и тактической глубине противника, в целях создания реконфигурируемых сетей связи, обеспечивающих в достаточной степени устойчивый информационный обмен в различных условиях обстановки, что является одним из ключевых моментов при решении задачи достижения информационного превосходства. В работах Ростопчина В.В. [1], Еремина Г.В. [2, 3], Зайцева А.В. [4], Гейстера С.Р. [5], Макаренко С.И. [6, 7] показано особое место БЛА в функционально-технологической структуре таких сетей, обеспечивающих их топологическую устойчивость в различных условиях обстановки, в том числе при реализации возможности существования энергетического контакта между корреспондирующими радиоэлектронными средствами на местности с высокогорным рельефом.
Сказанное выше определяет необходимость борьбы с БЛА, как одним из существенных элементов информационно-телекоммуникационного пространства путем применения средств радиоэлектронного и огневого поражения, что в свою очередь предъявляет особые требования к их информационному обеспечению, в том числе в части касающейся определения пространственного положения БЛА.
Актуальность. Вместе с тем особенности конструкции БЛА в значительной степени снижают возможности средств активной разведки по их обнаружению и местоопределению в интересах дальнейшего радиоэлектронного и огневого поражения. Подобные обстоятельства являются следствием следующих факторов:
- применение композитных материалов для обшивки и материала корпуса БЛА, что делает эффективную площадь рассеивания низкой для обнаружения и наведения при помощи радиолокационной системы средств зенитной артиллерии;
- применение маломощных двигателей, которые выделяют малое количество теплоты, что делает их недоступными для поражения управляемыми ракетами.
Уязвимость БЛА, с точки зрения определения его пространственного положения, в первую очередь, характеризуется наличием демаскирующих признаков в виде излучения радиочастотного спектра, возникающего вследствие функционирования подсистемы управления и передачи данных [8, 9]. Данные условия позволяют считать, что применение средств пассивной разведки для решения задач координатометрии БЛА является более предпочтительным.
Помимо этого, принимаемые в настоящее время меры по обеспечению скрытного функционирования элементов информационно-телекоммуникационной системы предусматривают использование способов энергетической адаптации, что в свою очередь существенным образом сказывается на значительном снижении пространственных показателей по электромагнитной доступности. Парирование подобных мер возможно за счет приближения элементов пассивной пеленгации и координатометрии к разведываемому радиоэлектронному средству путем их забрасывания при помощи, например, артиллерийских парашютируемых средств или другим способом.
Логично будет предположить, что данные обстоятельства повлияют на точность собственной координатной привязки элементов системы местоопределения.
Сказанное выше определяет цель настоящей работы, заключающуюся в моделировании процесса определения линии положения источника излучения, расположенного на БЛА, в интересах оценки точности пространственной пеленгации в условиях неопределенности при оценке относительных фазовых параметров сигнала радиоэлектронных средств, а также стохастического характера ошибок при определении собственных координат измерительных антенных элементов пеленгатора.
Геометрию задачи определения пространственной линии положения рассмотрим в виде, представленном на рисунке 1.
Щх3,у3,-
Рисунок 1 - Геометрия задачи определения направления на источник радиоизлучения
На рисунке 1 приняты следующие обозначения: М1(х1, у1,21), М2(х2,у2,22),М3(х3,у3,23) координаты антенных элементов - измерителей фазы (ИФ); 0(хц, у , 2 ) - координаты источника радиоизлучения (ИРИ); и(хг, уг, 2г) - координаты ИРИ, определенные с ошибкой Дг; М;(х;, у{, 2т) - координаты ИФ, формируемые вследствие ошибки собственной координатометрии; Ъи - расстояния между парами ИФ; Ъ'и - расстояния между парами, определенные вследствие ошибки собственной координатометрии ИФ; 7 = 2,3; 1 - опорный измеритель, <&1,с1у1 - величины случайных отклонений по осям ординат и абсцисс в /-ом ИФ, с1Ьп - результирующая величина случайных отклонений относительно истинного положения /-го ИФ; у - прямая, соответствующая направлению от истинного положения опорного ИФ до истинного положения ИРИ; л - плоскость такая, что 0(хц,у,2ц), и(хг,уг,2г) ел.
Значения угловых координат линии положения определим на основе фазовых соотношений для напряженностей полей в области расположения измерителей в предположении о плоском характере фронта электромагнитной волны.
Принимая во внимание результаты работы [10], для относительных фазовых набегов запишем следующие выражения
. 2лЪ12 .
Д^>12 =-12 sin а cos р
Я
. 2 лЪ13 '
Др13 =—^-13cosаcos р
(1)
где Я - длина волны источника электромагнитного излучения (ЭМИ); Д^ - разность измеренных фаз между ИФ; а - величина азимута на ИРИ относительно координат опорного ИФ; Р - угол места.
Решая систему (1) относительно а и Р, при Ъ1/ <Я2 (ограничения на периодичность в пределах области расположения измерителей), получим:
а = аг^
Д^13Ъ]
13 12 у
(2)
Р = агccos
(Я Г Д^13 ^ 2 + ГД^12 > 2 >
2 л V V 1 Ъ13 У V Ъ12 У У
(3)
Принимая во внимание возможное воздействие на процесс распространения радиоволны со стороны среды, а также ошибки фазовых измерителей, которые в общем случае имеют недетерминированный характер, будем полагать, что величины Д^12 и Д^13 являются случайными.
Помимо неопределенности в величине относительного фазового набега пространственное положение элементов антенной системы фазовых измерителей также будет носить случайный характер, обусловленный точностью средств доставки и системы собственного позиционирования и оценки взаимного размещения на местности, что в свою очередь обусловливает недетерминированность величин относительных расстояний Ъ12 и Ъ13.
Принимая во внимание сказанное выше, с точки зрения корректного (относительно моделирования) представления величин выражений (2), (3) введем в уравнениях следующие обозначения:
1 к i
(4)
b[k=blk+dblk,
(5)
где <Я\к = ^[х, +<£с1-(хк +3хк)]2 +[)', + 3ух ~(ук +3ук)]2 -^¡(х,-хк)2 +(у,-ук)2 + Ц-гк)2 ,
Лф}к и (1Ьхк - величины случайных отклонений при измерении (оценке) соответствия выходных параметров, / = 1,2.
С учетом (4) и (5), величины угловых параметров линии положения ИРИ определим согласно выражениям:
а' = arctg
J
(6)
Р = arccos —
(7)
Определенные выше обстоятельства, характеризующие стохастичность параметров соотношений (6) и (7), позволяют считать, что величины а' и Р' - параметрические угловые коэффициенты уравнения линии положения ИРИ, также являются случайными, что будет определять ошибку в оценке направления на ИРИ.
В качестве показателя, характеризующего последнее, введем в рассмотрение величину Дг - линейную ошибку, рассчитываемую согласно следующему выражению
(8)
Для определения линейной ошибки Дг оценки направления на ИРИ рассмотрим линию положения у, проходящую через опорный измеритель фазы, например, М1(х1, у1,. Зададим плоскость ж такую, что ж 1 у.
Запишем параметрическое уравнение прямой у в виде следующей системы
х = х1 + mt y = y + nt. z = Z + It
(9)
где m = cosPsina, n = cosPcosa, l = sinP - координаты направляющего вектора прямой у; t - коэффициент пропорциональности.
Исходя из того, что плоскость ж 1 у уравнение последней, проходящей через точку O(хц, y , z ), представим в следующем виде
т(х - х) + и(у - уц ) +l(г - ) =
(10)
Подставив в выражение (10) уравнение для координат точек прямой у (9), определим параметрический коэффициент г в следующем виде
г =
т(хц - Х1) + ЧУц - У1) + 1 (- г1) т2 + п2 +12
(11)
Координаты точки и(хг, уг, ) рассчитаем, подставив параметр г (11) в выражение (9)
хг = х + т
Уг = У1 + п
2 = г +/
т(хц - х1) + п(Уц - У1) + 1 (гц - г1)
т2 + п2 +/2 т(хц - х1) + П(Уц - У1) + 1 (гц - г1)
т2 + п2 + /2 т(хц - х1) + П(Уц - У1) + 1 (гц - г1)
т2 + п2 + /2
(12)
В интересах имитационного моделирования случайных флуктуаций относительного пространственного фазового набега и величины взаимного удаления измерителей примем, что координаты каждого из элементов антенной решетки измерителей являются независимыми случайными величинами с плотностями вероятностей /х (х) и /У (у) .
Для плотности вероятностей величин А^12 и также определим функции /12(Д^12),
/13( А?ъ).
В интересах формирования множества реализаций рассматриваемых случайных параметров воспользуемся изложенным в [11] правилом функционального преобразования, согласно которому
{х} = ¥У); {у} = шу[0;1],
(13)
где ¥ х(у) - операция обращения функции.
Принимая во внимание множественный характер факторов, определяющих случайные флуктуации фазы, и неопределенность в пространственных параметрах позиционирования элементов антенной решетки измерителей, а также опираясь на результаты, полученные в [12], будем считать, что распределение моделируемых случайных величин подчиняется нормальной статистике и определяется функцией следующего вида
(у-"у)2
/ И = е 2а1
(14)
где т и а - математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение (СКО)
моделируемой случайной величины.
Исходя из области определения моделируемой случайной величины фазы, необходимо реализовать вычислительную процедуру усечения нормальной плотности в соответствии со следующим соотношением
(<Р-п у)'
л/2
где а - коэффициент усечения.
Для определения коэффициента усечения воспользуемся условием нормировки
| 1{<Р¥<Р = 1 =
о{<р]
(16)
где = [0; 2ж] - область возможных значений фазы.
С учетом (15) и (16) получим выражение для коэффициента усечения в следующем виде
а =
(
Ф
2ж- т,
\ (
(17)
+ Ф
V У
т
V У
1 " 2 где Ф(X) = ^=[в-1 Ж.
у/ж 0
Таким образом, вид функционального преобразования, в соответствии с которым осуществляется моделирование случайных флуктуаций, характеризуется следующим выражением
М = агБ
1
Ф
г \ V-т
уЦс
V У
Ф
2л - т„
у/2.с
Ф
V У
т„
-М = о
(18)
где у - множество реализаций равномерно распределенной случайной величины на интервале [0; 1].
Немаловажным вопросом при формировании структуры процесса работы имитационной модели является определение количества реализаций этапов моделирования, при которых обеспечивается требуемая достоверность полученных результатов.
Принимая во внимание рекомендации, изложенные в [13], в качестве критерия оценки достоверности определим вероятностное соотношение следующего вида
(
Р
(
1
N -
11=1
л
Дг
>0.
(19)
где 5кг - величина доверительного интервала изменения статистического среднего линейной ошибки; 0 - требуемый уровень достоверности; Р(х) - вероятность события х; N - количество проведенных измерений; ДгN - линейная ошибка измерения пеленга за N измерений; Дг - линейная ошибка на 1-ом шаге измерения пеленга.
1
На рисунке 2 приведены графики зависимости вероятности сходимости изменений статистического среднего к значению величины доверительного интервала от количества реализаций имитационной модели.
а =
1
0,9 0,8
0,6
0,4
0,2
0
Ш /100 /50 /1о
[| I150 У
//200 /
ГГ 1250/
-*■
100 200
а) °т ~ 1°
300 330 400 N
200 245 300 400 485500 б) а =2°
0=0,9 0,8
0,6
0,4
0,2
-►
0 100 200 300 400 N
в) для различных значений а ^ при 3Аг = 50 м
г) для различных значений 5Аг
Рисунок 2 - Зависимость вероятностей сходимости и количества реализаций имитационной модели от СКО величины ошибки оценки фазы и различных значений доверительного интервала
На основе представленных на рисунке 2 зависимостей возможно определение требуемого количества реализаций, при котором обеспечивается заданный уровень достоверности результатов. Так, для обеспечения уменьшения доверительного интервала со 100 м до 50 м при сохранении достоверности в 0,9 необходимо увеличить количество реализаций со 130 до 245.
Помимо этого, на количество реализаций модели существенное влияние оказывает величина дисперсии моделируемых случайных величин. Так, например, для а = 1 ° и
доверительного интервала = 10 м количество реализаций N = 330, а для а = 2 °- N = 485.
Полученные закономерности определяют необходимость использования в структуре модели вычислительного модуля корректировки и обратной связи, позволяющего осуществлять ее адаптивную «настройку» по количеству реализаций под исходные данные.
Существенной составляющей при имитационном моделировании является обработка результатов, к которой, опираясь на специфику решаемой задачи, относится формирование гистограммы распределения с оценкой сходимости к известным законам, а также, предваряя подобную оценку, - расчет моментов статистического ряда, а именно математического ожидания и дисперсии.
Построение гистограммы распределения осуществляется путем разбиения диапазона значений случайной величины на интервалы, выбор величины которых производится, исходя из специфики настоящей работы, в соответствии с критерием Фридмана-Диакониса, обладающим минимальной чувствительностью к аномальным выбросам значений оцениваемой величины [14].
Проверка сходимости производится согласно критерию , с количеством степеней свободы, определяемых с учетом нормируемости гистограммы, исходя из рассчитанных значений статистического среднего и дисперсии согласно следующим выражениям:
N
г=1
N
Ё (Ат - тАг )2
г =
г=1
N -1
(20)
Обобщая сказанное выше, структуру имитационной модели процесса определения линии положения источника излучения, расположенного на БЛА, и оценки линейной ошибки пространственного положения определим в виде, представленном на рисунке 3.
Блок формирования измеренной фазы
Блок координатной привязки измерителей фазы
Блок расчета пространственных параметров
Блок моделирования случайной величины фазовых набегов и положения измерителей фазы
А.
Блок расчета разности фаз
А «2
Ад, —
Блок пересчета расстояния между измерителями фазы
Блок расчета пространственных параметров
Блок расчета ошибки линии положения
Блок статистической обработки
Блок расчета оптимального количества реализаций
Рисунок 3 - Структура модели процесса определения линейной ошибки измерения направления на ИРИ
В интересах моделирования процесса сформировано множество исходных данных:
1. Антенная система - узкобазисная;
2. Координаты точек приема:
М1(х1 = 500 м, у = 500 м, z1 = 0), М2(^ = 501 м, У2 = 501 м, 22 = 0),
Мъ(хъ = 500м,У3 = 501,4м,23 = 0) координаты ИРИ: 0(х = 10000м,у = 5000м, 2 = 3000м);
3. Длина волны ИРИ - 3 м;
4. Истинный азимут - 64,6 град;
5. Истинный угол места - 15,9 град;
6. СКО определения фазы - 1 град;
7. СКО ошибок определения собственных координат ИФ - 0,1 м.
Рисунок 4 - Гистограмма и теоретическое распределение величины линейной ошибки
измерения направления на ИРИ
Исходя из общего вида гистограммы частоты значений распределения линейной ошибки измерения направления на ИРИ Дг, можно выдвинуть гипотезу Н о распределении Дг по рэлеевскому закону.
Оценка согласованности статистических результатов (рисунок 4) по критерию х с теоретическим, распределенными по закону Рэлея, показала, что гипотеза Н является правдоподобной с вероятностью 0,997.
На рисунке 4 приняты следующие обозначения: рг - теоретическая плотность гипотетического распределения Рэлея величины Дг;
р*г - статистическая плотность распределения величины Дг.
На рисунках 5-7 представлены результаты работы модели.
Анализ представленной на рисунке 5 зависимости позволяет сделать вывод о существенном влиянии точности в определении относительного фазового набега на величину линейной ошибки. Так, при изменении с 0,01 до 0,05 рад ткг увеличивается практически на 180 %, что
объясняется значительным влиянием неопределенности в пространственном положении (по угловым координатам) фазовой плоскости в области измерителей на глубину флуктуации линии положения источника излучения в месте его размещения. Помимо этого, наличие постоянной фазовой ошибки, вызванной неопределенностью параметров среды распространения, обусловливается смещением в оценке линии положения, что необходимо учитывать при реализации процедур пространственной селекции.
Рисунок 5 - График зависимости математического ожидания ошибки измерения линии положения от среднеквадратического отклонения измерения фазы
Рисунок 6 - График зависимости математического ожидания ошибки измерения линии положения от среднеквадратического отклонения оценки собственных координат
Рисунок 7 - График зависимости математического ожидания ошибки измерения линии положения от
пространственных параметров ИРИ
Анализ зависимости, представленной на рисунке 6, позволяет определить закономерности во влиянии точности позиционирования элементов антенной решетки фазовых измерителей на линейную ошибку пространственной пеленгации. Так, при величине дисперсии оценки собственных координат, сравнимой с 1/3 расстояния между измерительными элементами решетки, существенно возрастает вероятность перекрытия элементов, либо же попадания в область неопределенности, вызванной пространственной периодичностью сигнальной функции, что в свою очередь приводит к «аномальным» ошибкам. В пределах же области «малых» дисперсий зависимость среднего линейной ошибки от точности собственной координатометрии близка к линейной.
На рисунке 7 представлены зависимости влияния пространственного положения источника излучения на линейную ошибку пеленгования. При малых значениях высот подъема ИРИ над земной поверхностью, что соответствует незначительным величинам угла места, линейная ошибка существенна. Так, при ^=2500 м тлг=700 м, что объясняется соизмеримостью глубины флуктуаций относительного фазового набега, связанных ошибками при измерении фазы, а также нестабильностью параметров среды распространения, с величиной одной из угловых координат. Также это объясняется следствием пространственного вытягивания следа фазовой плоскости в области измерений относительно источника излучения в линию, что соответствует значительному уменьшению его площади и, как следствие, повышению критичности к стабильности фазовых измерений. Увеличение высоты пеленгуемого источника «стабилизирует» линейную ошибку при неизменных значениях дисперсии флуктуации. Так, при И=3000 м тлг=500 м, а при ^=10000 м тлг=200 м, что является следствием достаточно большой и практически (с определенных высот, для проведенных расчетов И=5000 м) независимой от высоты площади фазового фронта волны источника в области измерения.
Выводы. Полученные зависимости вероятности сходимости имитационной модели позволяют оценить оптимальное количество ее реализаций при заданных параметрах. Представленная модель процесса определения параметров пространственной линии положения источника излучения позволяет учитывать случайные флуктуации фазы, вызванные стохастическим характером измерений и неопределенностью в собственных координатах антенных элементов. Приведенные зависимости статистического анализа позволяют оценить влияние ошибок измерения фазы электромагнитной волны, ошибок определения собственных координат антенных элементов, а также пространственных параметров источника радиоизлучения на точность определения направления на источник радиоизлучения. Полученные результаты могут быть использованы в интересах обоснования требований к координатометрическим параметрам и синхронизации элементов забрасываемой системы пространственной пеленгации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ростопчин В.В. Ударные беспилотные летательные аппараты и противовоздушная оборона - проблемы и перспективы противостояния // Беспилотная авиация. 2019. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/331772628_Udamye_bespilotnye _letatelnye_apparaty_i_protivovozdusnaa_oborona_-problemy_i_perspektivy_protivostoania (дата обращения 20.07.2021).
2. Еремин Г.В., Гаврилов А.Д., Назарчук И.И. Малоразмерные беспилотники - новая проблема для ПВО // Отвага. 29.01.2015. № 6 (14). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://otvaga2004.ru/armiya-i-vpk/armiya-i-vpkvzglyad/malorazmernye-bespilotniki/ (дата обращения 17.08.2021).
3. Еремин Г.В., Гаврилов А.Д., Назарчук И.И. Организация системы борьбы с малоразмерными БПЛА // Арсенал Отечества. 2014. № 6 (14). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://arsenal-otechestva.ru/new/389-antidrone (дата обращения 29.08.2021).
4. Зайцев А.В., Назарчук И.И., Красавцев О.О., Кичулкин Д.А. Особенности борьбы с тактическими беспилотными летательными аппаратами // Военная мысль. 2013. № 5. С. 37-43.
5. Гейстер С.Р., Джеки А.М. Решение задачи обнаружения маловысотных легкомоторных летательных аппаратов путем использования акустических и сейсмических полей // Наука и военная безопасность. 2008. № 1. С. 42-46. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://militaryarticle.ru/nauka-i-voennayabezopasnost/2008/12105-reshenie-zadachi-obnaruzhenija-ma lovysotnyh (дата обращения 11.09.2021).
6. Макаренко С.И., Тимошенко А.В., Васильченко А.С. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Часть 1. Беспилотный летательный аппарат как объект обнаружения и поражения // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 1. С. 109-146.
7. Макаренко С.И., Тимошенко А.В. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Часть 2. Огневое поражение и физический перехват // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 1. С. 147-197.
8. Модели пространственного и частотного поиска / под редакцией Ю.Л. Козирацкого. М.: Радиотехника, 2014. 344 с.
9. Уфаев В.А., Беляев М.П. Наведение беспилотного летательного аппарата на наземный излучатель по результатам бортового пеленгования // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2019. № 10. С. 57-71. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/10-2019/57-71.pdf (дата обращения 01.10.2021).
10. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. М.: Советское радио, 1964. 604 с.
11. Фадин А.Г. Моделирование радиоэлектронных систем на ЭВМ. Воронеж: ВИРЭ, 2000. 493 с.
12. Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. М.: Наука. Физматлит, 1999. 496 с.
13. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.
14. Freedman D., Diaconis P. On the histogram as a density estimator: L2 theory. Probability Theory and Related Fields. 1981. № 57 (4). pp. 453-476.
REFERENCES
1. Rostopchin V.V. Udarnye bespilotnye letatel'nye apparaty i protivovozdushnaya oborona -problemy i perspektivy protivostoyaniya // Bespilotnaya aviaciya. 2019. fElektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://www.researchgate.net/publication/331772628_Udarnye_bespilotnye_letatelnye_appar aty_i_protivovozdusnaa_oborona_-problemy_i_perspektivy_protivostoania (data obrascheniya 20.07.2021).
2. Eremin G.V., Gavrilov A.D., Nazarchuk I.I. Malorazmernye bespilotniki - novaya problema dlya PVO // Otvaga. 29.01.2015. № 6 (14). fElektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://otvaga2004.ru/armiya-i-vpk/armiya-i-vpkvzglyad/malorazmernye-bespilotniki/ (data obrascheniya 17.08.2021).
3. Eremin G.V., Gavrilov A.D., Nazarchuk I.I. Organizaciya sistemy bor'by s malorazmernymi BPLA // Arsenal Otechestva. 2014. № 6 (14). fElektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://arsenal-otechestva.ru/new/389-antidrone (data obrascheniya 29.08.2021).
4. Zajcev A.V., Nazarchuk I.I., Krasavcev O.O., Kichulkin D.A. Osobennosti bor'by s takticheskimi bespilotnymi letatel'nymi apparatami // Voennaya mysl'. 2013. № 5. pp. 37-43.
5. Gejster S.R., Dzheki A.M. Reshenie zadachi obnaruzheniya malovysotnyh legkomotornyh letatel'nyh apparatov putem ispol'zovaniya akusticheskih i sejsmicheskih polej // Nauka i voennaya bezopasnost'. 2008. № 1. pp. 42-46. fElektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://militaryarticle.ru/ nauka-i-voennayabezopasnost/2008/12105-reshenie-zadachi-obnaruzhenija-malovysotnyh (data obrascheniya 11.09.2021).
6. Makarenko S.I., Timoshenko A.V., Vasil'chenko A.S. Analiz sredstv i sposobov protivodejstviya bespilotnym letatel'nym apparatam. Chast' 1. Bespilotnyj letatel'nyj apparat kak obekt obnaruzheniya i porazheniya // Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti. 2020. № 1. pp. 109-146.
7. Makarenko S.I., Timoshenko A.V. Analiz sredstv i sposobov protivodejstviya bespilotnym letatel'nym apparatam. Chast' 2. Ognevoe porazhenie i fizicheskij perehvat // Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti. 2020. № 1. pp. 147-197.
8. Modeli prostranstvennogo i chastotnogo poiska / pod redakciej Yu.L. Kozirackogo. M.: Radiotehnika, 2014. 344 p.
9. Ufaev V.A., Belyaev M.P. Navedenie bespilotnogo letatel'nogo apparata na nazemnyj izluchatel' po rezul'tatam bortovogo pelengovaniya // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2019. № 10. pp. 57-71. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/10-2019/57-71.pdf (data obrascheniya 01.10.2021).
10. Kukes I.S., Starik M.E. Osnovy radiopelengacii. M.: Sovetskoe radio, 1964. 604 p.
11. Fadin A.G. Modelirovanie radio elektronnyh sistem na EVM. Voronezh: VIRE, 2000. 493 p.
12. Fejnberg E.L. Rasprostranenie radiovoln vdol' zemnoj poverhnosti. M.: Nauka. Fizmatlit, 1999. 496 p.
13. Ventcel' E.S. Teoriya veroyatnostej. M.: Nauka, 1969. 576 p.
14. Freedman D., Diaconis P. On the histogram as a density estimator: theory. Probability Theory and Related Fields. 1981. № 57 (4). pp. 453-476.
© Паринов М.Л., Нистратов Р.С., Солайман К.Я., 2022
UDK 623.61 GRNTI 78.21.49
THE RADIATION SOURCE DETERMINING DIRECTION ACCURACY RESEARCH UNDER CONDITIONS OF UNCERTAINTY IN THE DIRECTION FINDER ANTENNA SYSTEM ELEMENTS LOCATION
M.L. PARINOV, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor R.S. NISTRATOV K.Y. SOLAYMAN
The unmanned aerial vehicle radio source position spatial line parameters determining process model, which allows taking into account both the stochastic nature of phase measurements and the uncertainty in the proper coordinates of the antenna elements of the direction finder has been developed. The dependences of the mathematical expectation of the magnitude of the linear bearing error as a parameter characterizing the accuracy of determining the direction to the radio source from the standard deviations of the distribution of the coordinates of the antenna elements and the measured phase of the electromagnetic wave, assuming their normal nature, are given.
Keywords: antenna system, unmanned aerial vehicle, coordination, modeling, direction finding.
УДК 623.76.07 ГРНТИ 78.25.13:47.45.29
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ РАССЕЯНИЯ БЕСПИЛОТНОГО РАДИОЭЛЕКТРОННОГО КОМПЛЕКСА С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
С.Н. РАЗИНЬКОВ, доктор физико-математических наук, доцент А.В. БОГОСЛОВСКИЙ, кандидат технических наук А.Б. БУСЛАЕВ, кандидат технических наук, доцент
С применением компьютерной программы для электродинамического моделирования и численного анализа электромагнитного поля объектов Altair FEKO на базе вычислительного средства с процессором Intel Core i9-11900KF при объеме оперативной памяти 32 Гб исследованы эффективные площади рассеяния радиоэлектронного комплекса на беспилотном летательном аппарате самолетного типа «Bayraktar TB2». За счет совместного использования в программе многоуровневого мультипольного метода моментов и асимптотических методов физической оптики и однородной теории дифракции достигнута высокая точность вычислений, характеризуемая остаточной невязкой граничных условий не более -30 дБ, при малом времени, позволяющем выполнять многократные расчеты при различных значениях частот облучающих радиоволн, и ограничениях на вычислительные ресурсы. Определены сектора углов и частоты С-диапазона, где вторичное излучение объекта имеет наибольшие уровни. Показано, что на частотах 5,2...5,5 ГГц максимально достижимые значения эффективной площади рассеяния беспилотного комплекса, облучаемого сигналом линейной поляризации с направления 30°, составляют (2,1...7,6)х10"3 м2.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, эффективная площадь рассеяния, компьютерная программа электродинамического моделирования.
Введение. Анализ современных локальных войн и вооруженных конфликтов показывает, что ввиду возрастания интенсивности и совершенствования способов вооруженной борьбы в системе разведывательно-информационного обеспечения повышается роль радиоэлектронных комплексов мониторинга на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) самолетного типа [1-4].
Беспилотные комплексы способны обнаруживать и распознавать цели, информационные сигналы которых энергетически недоступны для наземных и вертолетных средств мониторинга. За счет барражирования в позиционных районах реализуются функции определения координат объектов [5]; вследствие инвариантности этих данных к изменениям фоновой контрастности демаскирующих признаков становится возможной оценка текущих состояний объектов при смене режимов работы и применении мер маскировки [6].
Вследствие высокой мобильности БЛА самолетного типа по сравнению с вертолетными авиационными платформами [7] достигается оперативное сосредоточение усилий по анализу обстановки на угрожаемых направлениях, повышающее качество информационной поддержки мероприятий вооруженной борьбы для ее ведения в строгом соответствии с замыслом.
Кроме того, вследствие исполнения из композитных материалов [8] БЛА характеризуются малым уровнем радиолокационной заметности, затрудняющим их своевременное обнаружение и захват на сопровождение радиолокационными станциями зенитных ракетных и
артиллерийских комплексов. Указанное обстоятельство, наряду с высокой защищенностью маневренных БЛА от поражения прямым попаданием неуправляемого артиллерийского снаряда и при подрыве на пролете снаряда с неконтактным взрывателем [9], обеспечивает устойчивость мониторинга.
Так, в ходе II Карабахской войны в сентябре - ноябре 2020 года по данным комплексов радиолокационной и оптико-электронной разведки на БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2» (Турция) вооруженными силами Республики Азербайджан было уничтожено порядка 200 танков, до 90 других единиц бронированной техники и около 180 артиллерийских орудий, включая зенитные ракетные комплексы «Оса», «Стрела-10», «Тор». При этом потери за счет огневого поражения силами противовоздушной обороны Нагорного Карабаха, которые не смогли противостоять скоординированным действиям пилотируемой и беспилотной авиации противника, составили 6 единиц БЛА «Bayraktar TB2» [1-4].
На основании изложенного выше можно утверждать, что для повышения эффективности контроля воздушного пространства и определения направлений совершенствования технологий радиолокационного мониторинга важное значение приобретают вопросы оценки интенсивности вторичного излучения зондирующих сигналов целями.
Актуальность. Наиболее рациональные способы анализа рассеивающих свойств объектов базируются на электродинамическом моделировании в компьютерной среде с использованием программ (пакетов) вычислительной электродинамики [10, 11].
Основными преимуществами указанного подхода по сравнению со способами постановки и решения краевых задач при граничных условиях для облучающих и рассеиваемых полей [12, 13] являются:
- отсутствие необходимости реализации неформализованных эвристических процедур по регуляризации обращения операторов для нахождения поверхностных токов по распределению возбуждающего поля [14];
- сокращение временных затрат на решение краевых задач при представлении объектов в виде многосвязных криволинейных поверхностей с неоднородными электрофизическими параметрами [15, 16].
Преимущества экспериментов в компьютерной среде перед натурными исследованиями заключаются в существенно более низких материальных затратах, обусловленных отсутствием необходимости изготовления серии опытных образцов и проведения серии испытаний для статистической оценки характеристик [1-3].
Кроме того, проведение экспериментов в компьютерной среде позволяет на несколько порядков уменьшить временные затраты по решению краевых задач электродинамики при представлении корпусов реальных БЛА в виде сложных трехмерных полноразмерных моделей, имеющих криволинейные профили с разнородными электрофизическими свойствами [12, 16].
Таким образом, проблематика исследований, связанных с оценкой отражательных свойств БЛА с применением программ (пакетов) электродинамического моделирования и построением алгоритмов численного анализа их вторичного электромагнитного поля для оценки достижимых уровней фоновой контрастности в диапазонах частот при ограниченных вычислительных и временных ресурсах, является актуальной.
В предлагаемой работе с использованием компьютерной программы электродинамического моделирования Altair FEKO - FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache на базе вычислительного средства с процессором Intel Core i9-11900KF и оперативной памятью объемом 32 Гб проведен численный анализ максимальных значений и угловых зависимостей эффективных площадей рассеяния (ЭПР) БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2» в С-диапазоне частот.
Диапазон частот для исследования демаскирующих признаков объектов выбран в рамках компромиссного подхода, позволяющего обеспечить условия распространения зондирующих и отраженных электромагнитных волн [13], необходимые для достижения требуемой дальности
g'
и
радиолокационного мониторинга, и высокие показатели точности определения параметров и детальности восстановления радиолокационных портретов [17]. По мере повышения рабочей частоты радиолокационной станции увеличивается влияние атмосферных явлений и эффектов дифракции на распространение электромагнитных волн. В то же время, при переходе в диапазон более высоких частот возрастают потенциальные значения точности измерения координат и параметров движения объектов, повышаются степень разрешения фрагментов облучаемых поверхностей и полнота некоординатной информации [17], содержащейся в радиолокационных портретах, способствующие улучшению качества распознавания объектов [17, 18]. Поэтому в С-диапазоне частот, удовлетворяющем противоречивым требованиям по возможностям распространения сигналов с малыми энергетическими потерями и погрешностям выполнения радиолокационных измерений, функционирует большинство военных мобильных радиолокаторов, применяемых для обзора поля боя и управления оружием зенитных ракетных и артиллерийских комплексов малой и средней дальности действия [2, 9].
Цель работы - анализ закономерностей вторичного электромагнитного излучения и определения частот и углов прихода облучающих волновых процессов, при которых достигаются наибольшие значения ЭПР.
Основные принципы применения программы электродинамического моделирования и численного анализа электромагнитного поля объектов Altair FEKO. Согласно [10, 11], компьютерная программа Altair FEKO представляет собой универсальную платформу, объединяющую утилиты EDITFEKO, POSTFEKO, PREFEKO, OPTFEKO, TIMEFEKO для проектирования электродинамических структур больших электрических размеров, а также исследования полей объектов в резонансном и квазиоптическом диапазонах частот. Моделирование и численный анализ электромагнитного поля проводится в частотной области при представлении поверхностных токов спектральными распределениями комплексных амплитуд при комплексном сочетании строгих методов постановки и решения краевых задач и асимптотических методов расчета поляризационных компонентов поля в дальних зонах объектов.
Базовым методом для строгого расчета поверхностных токов радиолокационных целей является метод моментов - Method of Moments, предназначенный для численного решения уравнений Максвелла в интегральной форме на основе частичного обращения операторов при аппроксимации искомых подынтегральных функций рядами линейно независимых базисных функций. В роли весовых коэффициентов аппроксимирующих рядов выступают значения комплексных амплитуд токов в точках дискретизации поверхности объекта [10, 11].
Особенность метода заключается в возможностях исследования не только однородных тел, но и объектов слоистой структуры с изменяющимся пространственным распределением электрофизических параметров. При анализе таких структур комплексные амплитуды токов рассчитываются как в диэлектрических и проводящих, так и в композиционных средах [10]. В соответствии с принципом эквивалентной поверхности SEP - Surface equivalent principle оболочка объекта произвольной формы, характеризуемого конечными размерами, покрывается сеткой с треугольными ячейками, что позволяет избежать избыточности дискретизации многослойных сред на внутренних границах. За счет реализации принципа эквивалентного объема VEP - Volume equivalent principle объект представляется множеством трехмерных конечных элементов в форме тетраэдров, в каждом из которых могут проявляться различные металлодиэлектрические свойства. В результате обеспечивается модельное представление тел сложной конфигурации множеством фрагментов с координатными поверхностями, содержащих локальные участки с разнородными электрофизическими параметрами, в частности, двумерные диэлектрические или проводящие структуры для размещения внешнего оборудования целевых нагрузок БЛА [10, 11].
Для аппроксимации поверхностных токов объектов используются базисные функции высоких порядков HOBF - Higher-Order Basis Functions. Данный подход позволяет увеличить
размеры ячеек сетки дискретизации, что приводит к сокращению числа вычислительных операций вследствие пропорционального уменьшения размеров обрабатываемых массивов по сравнению с вариантами разложения токов в базисе функций Ро-Вилтона-Глиссона (RWG - Rau-Wilton-Glisson) примерно в 10...15 раз и снижению требований к объему оперативной памяти вычислительного средства.
При моделировании неоднородных диэлектрических объектов целесообразно применять многоуровневый мультипольный метод моментов MLFMM - Multilevel Fast Multipole Method, характеризуемый наиболее высокими показателями быстродействия [10].
Метод представляет собой обобщенную модификацию метода моментов и векторного метода конечных элементов FEM - Finite Element Method [11]. В его основу положено разбиение пространства, занимаемого моделируемым объектом, на множество элементов в форме тетраэдров, в каждом из которых могут устанавливаться различные электрофизические параметры, а для аппроксимации токов выбираться различные базисные функции. Весовые коэффициенты функций при суммировании аппроксимирующих последовательностей находятся по результатам численного решения систем линейных алгебраических уравнений, формируемых из условия равенства значений токов на границах соседних элементов, выраженных через значения комплексных амплитуд в точках дискретизации пространства [10]. За счет выбора формы элемента в виде тетраэдра обеспечивается минимизация числа соседних элементов при представлении объекта любой конфигурации с требуемой плотностью покрытия аппроксимирующей сеткой. Поэтому система линейных алгебраических уравнений относительно весовых коэффициентов для восстановления распределения плотности поверхностных токов имеет разреженный вид. Ее решение может быть выполнено методами частичного обращения матричных операторов [19] при сохранении устойчивости к вариациям пространственно-частотного представления возбуждающего поля и точности, ограниченной характеристиками вычислительного средства.
Перечень асимптотических методов электродинамического моделирования, реализованных в компьютерной программе Altair FEKO, включает в себя [10, 11]:
- метод физической оптики PO - Physical optic, основанный на представлении поля, распространяющегося в среде по законам преломления и отражения оптического луча [10]. При анализе объектов с гладкими выпуклыми поверхностями, лишенными каустических областей, применяется упрощенный метод физической оптики LPO - Large element PO - Only illuminated from front, в котором поле рассеяния находится в соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля [13] путем вычисления интеграла Кирхгофа [13] для пространственного распределения облучающей волны по освещенной поверхности объекта;
- метод однородной теории дифракции UTD - Uniform Theory of Diffraction, предназначенный для исследования рассеяния электромагнитных волн на телах больших электрических размеров при представлении отражающих поверхностей наборами плоских многоугольников с общими ребрами и нахождении геометрических и оптических компонентов вторичного излучения, создаваемых поверхностями и ребрами соответственно [10].
За счет комплексирования метода моментов для расчета токов на участках поверхностей сложного профиля с асимптотическими методами моделирования объектов, размеры которых значительно превышают длину облучающей волны, становится возможным численный анализ рассеивающих свойств композитных многоэлементных структур при ограниченных ресурсах вычислительных средств. В рамках выбранного подхода остаточная невязка граничных условий, характеризующая точность расчета токов и полей объекта, не превышает -30 дБ.
Возбуждающие воздействия задаются плоскими волнами PW - Plane wave с линейной поляризацией. Поле рассеяния определяется в дальней зоне объекта [12, 13] в модуле FF - Far field с указанием параметров моностатической CFID - Calculate fields in plane wave incident direction и бистатической CFS - Calculate fields as specified радиолокационной системы.
Компьютерная модель БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2». С применением среды трехмерного твердотельного и поверхностного параметрического проектирования SolidWorks построена полноразмерная 3D-модель БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2». Разработка модели включала последовательные операции по созданию объемных деталей в виде частных трехмерных электронных моделей и их компоновки в единую структуру. Корректность сборки составляющих в соответствии с проектной схемой проверялась путем проведения виртуальных испытаний по установлению соответствия летно-технических характеристик требованиям.
При разработке компьютерной модели полагалось, что в конструкции БЛА «Bayraktar TB2» применяется нормальная аэродинамическая двухбалочная схема [20]; крыло расположено перед стабилизатором. Плоская нижняя часть фюзеляжа продолжает линию крыла и обладает несущими свойствами, кили размещены с обратным наклоном и соединены в верхней части.
Основные тактико-технические характеристики БЛА: длина корпуса - 6,6 м, высота - 2,2 м, размах крыла - 12,2 м.
В движение БЛА приводится двигателем внутреннего сгорания Rotax 912 с винтом толкающего типа объемом 1,2 л и мощностью 100 лошадиных сил, вторичное излучение поля которого вносит основной вклад в интегральную ЭПР изделия.
На рисунке 1 проиллюстрирована горизонтальная проекция разработанной модели, а на рисунке 2 - ее проекция по фронту.
Рисунок 1 - Горизонтальная проекция БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2» (вид сверху)
в среде проектирования SolidWorks
Рисунок 2 - Фронтальная проекция БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2» в среде проектирования SolidWorks
Для исследования отражательных свойств модель БЛА экспортирована в компьютерную программу Altair FEKO. Представление модели в рабочем окне программы изображено на рисунке 3.
Для расчета поля рассеяния БЛА «Bayraktar TB2» установлены значения частот 5,2 ГГц, 5,3 ГГц, 5,4 ГГц и 5,5 ГГц. При декомпозиции модели задавалась аппроксимирующая сетка с ячейками треугольной формы со средней длиной стороны 0,04175 см в количестве 39790 единиц.
Рисунок 3 - Представление БЛА «ВаутаМат ТВ2» в рабочем окне программы АИшт FEKO
Процедуры задания параметров модели для расчета поля и построения аппроксимирующей сетки БЛА в рабочем окне компьютерной программы Акай БЕКО представлены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Задание параметров для расчета поля и построение аппроксимирующей сетки БЛА в рабочем окне компьютерной программы Altair FEKO
После ввода выполнения указанных процедур подготовительного этапа вычислений для численного анализа ЭПР объектов активируются модули расчета.
Анализ ЭПР БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2». С использованием компьютерной программы электродинамического моделирования Altair FEKO проведен анализ угловых зависимостей (диаграмм рассеяния) и найдены максимальные значения ЭПР БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2». На рисунке 5 приведена ненормированная диаграмма рассеяния БЛА при угле прихода облучающего поля по углу места 30° на частоте f = 5,2 ГГц; на рисунках 6 и 7 представлены аналогичные на частотах f = 5,3 ГГц и f = 5,4 ГГц соответственно.
Рисунок 5 - Ненормированная диаграмма рассеяния БЛА «Bayraktar TB2» на частоте f = 5,2 ГГц
Рисунок 6 - Ненормированная диаграмма рассеяния БЛА «Bayraktar TB2» на частоте f = 5,3 ГГц
Рисунок 7 - Ненормированная диаграмма рассеяния БЛА «Bayraktar TB2» на частоте f = 5,4 ГГц
Из представленных результатов следует, что ЭПР БЛА достигает максимального значения (7,6х10-3 м2) на частоте f = 5,2 ГГц; на частотах f = 5,3 ГГц и 5,4 ГГц эти показатели не превышают 2,1 х10-3 м2 и 5,7 х10-3 м2.
В таблице 1 приведены значения ЭПР БЛА, полученные по результатам моделирования при угле наблюдения 90°.
Таблица 1 - Значения ЭПР «Вауга^аг ТВ2»
Частота, ГГц ЭПР БЛА, х10-3, м2
0 = 0° 0 = 15° 0= 60° 0 = 90° 0 = 120° 0 = 150° 0 = 180°
5,2 5,03 8,00 0,88 4,30 0,48 2,23 8,01
5,3 1,80 8,60 0,56 2,10 0,54 1,28 6,08
5,4 2,78 8,20 0,80 2,90 1,15 1,31 4,41
5,5 12,2 10,80 4,80 15,50 0,48 0,74 3,48
Диаграммы рассеяния характеризуются зеркально симметричным распределением относительно направления 9 = 180°. Установлено, что максимальное значение ЭПР БЛА (1,55 х10-2 м2) принимает для угловых положений 9 = 90° и 9 = 270°.
В интересах оценки изменения отражательных свойств БЛА в зависимости от взаимного расположения источника зондирующего излучения и приемника отраженного поля проведен расчет бистатической ЭПР.
На рисунке 8 представлена диаграмма рассеяния на частоте f = 5,5 ГГц при угле места объекта а = 90° и азимуте 9 = 90°.
Рисунок 8 - Бистатическая диаграмма рассеяния БЛА «Bayraktar TB2»
Установлено, что при приеме информационного сигнала с направления 0 = 90° достигается максимальное значение ЭПР, составляющее 48 дБм2; при 0 = 270° - ее величина составляет 47 дБм2, а при 0 = 330° - не превышает 50 дБм2.
Выводы. Таким образом, с применением программы для электродинамического моделирования объектов Altair FEKO на базе вычислительного средства с процессором Intel Core i9-11900KF и объемом оперативной памяти 32 Гб проведен численный анализ ЭПР
радиоэлектронного комплекса на БЛА самолетного типа «Bayraktar TB2». При представлении объекта нормальной аэродинамической двухбалочной схемой построена его цифровая 3D-модель и на основе совместного использования многоуровневого мультипольного метода моментов и методов физической оптики и однородной теории дифракции найдены угловые и частотные распределения вторичного электромагнитного поля в дальней зоне. За счет комбинированного применения строгого и асимптотических методов электродинамического анализа реализуются возможности обеспечения высокой точности расчетов, характеризуемые остаточной невязкой граничных условий на уровне не более -30 дБ, и выполнения исследований рассеивающих свойств сложных композиционных объектов больших электрических размеров при ограничениях на вычислительные ресурсы.
По результатам численного анализа моностатических и бистатических ЭПР установлены сектора углов и частоты С-диапазона, где вторичное излучение БЛА имеет наибольшие уровни. Показано, что на частотах 5,2...5,5 ГГц максимально достижимые значения моностатической ЭПР беспилотного комплекса, облучаемого сигналом линейной поляризации с направления 30°, составляют (2,1...7,6)х10"3 м2. При различии координат позиций источников зондирующих сигналов и приемников вторичного электромагнитного излучения значения бистатической ЭПР БЛА в круговом секторе углов изменяются в пределах 3 дБм2.
Полученные результаты могут использоваться для оценки радиолокационной заметности и обоснования базовых технологий ее снижения при допустимом ухудшении летно-технических характеристик воздушных объектов, а также обоснования тактико-технических требований к средствам противорадиолокационной маскировки [21] для повышения скрытности применения БЛА и комплексам радиолокационной разведки по контролю воздушного пространства [17]. Закономерности изменения ЭПР БЛА в диапазонах частот при различных ракурсах наблюдения представляют собой исходные данные для разработки противорадиолокационных маневров и алгоритмов обнаружения и трассового сопровождения малоконтрастных воздушных целей, обоснования приоритетных направлений совершенствования радиолокационных станций [17, 18] в системе противовоздушной обороны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анализ опыта боевого применения групп беспилотных летательных аппаратов для поражения зенитно-ракетных комплексов системы противовоздушной обороны в военных конфликтах в Сирии, в Ливии и в Нагорном Карабахе / И.Е. Афонин, С.И. Макаренко, С.В. Петров и др. // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 4. С. 163-191. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10406.
2. Орлов В. «Байрактары» против «Панцирей» // Военно-промышленный курьер. 2020. № 21 (834). [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.vpk-news.ru/articles/57318 (дата обращения 11.12.2021).
3. Тучков В. Воздушную фазу битвы за Карабах Ереван уже проиграл // Свободная Пресса 06.10.2020. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://svpressa.ru/war21/article/277832/ (дата обращения 11.12.2021).
4. Ростопчин В.В. Ударные беспилотные летательные аппараты и противовоздушная оборона - проблемы и перспективы противостояния // Беспилотная авиация. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/331772628_Udarnye_bespilo tnye_letatelnye_apparaty_i_protivovozdusnaa_oborona_problemy_i_perspektivy_protivostoani (дата обращения 11.12.2021).
5. Кондратьев В.С., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы / под ред. В.В. Цветнова. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.
6. Демин В.П., Куприянов А.И., Сахаров А.В. Радиоэлектронная разведка и радиомаскировка. М.: МАИ, 1997. 156 с.
g' и
7. Расширение возможностей наземной мобильной техники радиоэлектронной борьбы на основе ее оснащения высотными аэромеханическими антеннами / Д.В. Широков,
A.Д. Виноградов, И.В. Зайцев и др. // Радиоэлектронная борьба в Вооруженных силах Российской Федерации. 2018. С. 38-40.
8. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / под ред. Л.Т. Тучкова. М.: Радио и связь. 1985. 236 с.
9. Макаренко С.И., Тимошенко А.В., Васильченко А.А. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Часть 1. Беспилотный летательный аппарат как объект обнаружения и поражения // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 1. С. 109-146. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10105.
10. Банков С.Е., Курушин А.А. Расчет излучаемых структур с помощью FEKO. М.: ЗАО «НПП «РОДНИК», 2008. 246 с.
11. Банков С.Е., Грибанов А.Н., Курушин А.А. Электродинамическое моделирование антенных и СВЧ структур с использованием FEKO. М.: One-Book, 2013. 423 с.
12. Штагер Е.А., Чаевский Е.В. Рассеяние волн на телах сложной формы. М.: Советское радио, 1974. 240 с.
13. Электродинамика и распространение радиоволн / В.А. Неганов, О.В. Осипов, С.Б. Раевский и др. / под ред. В.А. Неганова и С.Б. Раевского. М.: Радио и связь. 2005. 648 с.
14. Неганов В.А. Физическая регуляризация некорректных задач электродинамики: линии передачи, антенны, дифракция электромагнитных волн. М.: САЙНС-ПРЕСС. 2008. 432 с.
15. Разиньков С.Н., Богословский А.В., Борисов Д.Н. и др. Анализ вибраторных антенных решеток малозаметных беспилотных летательных аппаратов самолетного типа // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 18. С. 227-236. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vks/18-2021/227-236.pdf (дата обращения 11.12.2021).
16. Разиньков С.Н., Богословский А.В., Борисов Д.Н. Сравнительный анализ отражательных свойств цилиндров с полной и частичной металлизацией боковых поверхностей // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 19. С. 302-310. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://vva.mil.ru/upload/site21/B7st1fUZlu.pdf (дата обращения 11.12.2021).
17. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник / под ред. Я Д. Ширмана. М.: Радиотехника. 2007. 874 с.
18. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / под ред.
B.В. Григорина-Рябова. М.: Советское радио. 1970. 680 с.
19. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1986.
288 с.
20. Красовский А.А., Вавилов Ю.А., Сучков А.И. Системы автоматического управления летательных аппаратов. М.: ВВИА имени Н.Е. Жуковского. 1985. 476 с.
21. Современная радиоэлектронная борьба. Вопросы методологии / под ред. В.Г. Радзиевского. М.: Радиотехника. 2006. 424 с.
REFERENCES
1. Analiz opyta boevogo primeneniya grupp bespilotnyh letatel'nyh apparatov dlya porazheniya zenitno-raketnyh kompleksov sistemy protivovozdushnoj oborony v voennyh konfliktah v Sirii, v Livii i v Nagornom Karabahe / I.E. Afonin, S.I. Makarenko, S.V. Petrov i dr. // Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti. 2020. № 4. pp. 163-191. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10406.
2. Orlov V. «Bajraktary» protiv «Pancirej» // Voenno-promyshlennyj kur'er. 2020. № 21 (834). ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://www.vpk-news.ru/articles/57318 (data obrascheniya 11.12.2021).
3. Tuchkov V. Vozdushnuyu fazu bitvy za Karabah Erevan uzhe proigral // Svobodnaya Pressa 06.10.2020. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://svpressa.ru/war21/article/277832/ (data obrascheniya 11.12.2021).
4. Rostopchin V.V. Udarnye bespilotnye letatel'nye apparaty i protivovozdushnaya oborona -problemy i perspektivy protivostoyaniya // Bespilotnaya aviaciya. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://www.researchgate.net/publication/331772628_Udarnye_bespilotnye_letatelnye _apparaty_i_protivovozdusnaa_oborona_problemy_i_perspektivy_protivostoani (data obrascheniya 11.12.2021).
5. Kondrat'ev V.S., Kotov A.F., Markov L.N. Mnogopozicionnye radiotehnicheskie sistemy / pod red. V.V. Cvetnova. M.: Radio i svyaz', 1986. 264 p.
6. Demin V.P., Kupriyanov A.I., Saharov A.V. Radio'elektronnaya razvedka i radiomaskirovka. M.: MAI, 1997. 156 p.
7. Rasshirenie vozmozhnostej nazemnoj mobil'noj tehniki radio'elektronnoj bor'by na osnove ee osnascheniya vysotnymi a'eromehanicheskimi antennami / D.V. Shirokov, A.D. Vinogradov, I.V. Zajcev i dr. // Radio'elektronnaya bor'ba v Vooruzhennyh silah Rossijskoj Federacii. 2018. pp. 38-40.
8. Radiolokacionnye harakteristiki letatel'nyh apparatov / pod red. L.T. Tuchkova. M.: Radio i svyaz'. 1985. 236 p.
9. Makarenko S.I., Timoshenko A.V., Vasil'chenko A.A. Analiz sredstv i sposobov protivodejstviya bespilotnym letatel'nym apparatam. Chast' 1. Bespilotnyj letatel'nyj apparat kak obekt obnaruzheniya i porazheniya // Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti. 2020. № 1. pp. 109-146. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10105.
10. Bankov S.E., Kurushin A.A. Raschet izluchaemyh struktur s pomosch'yu FEKO. M.: ZAO «NPP «RODNIK», 2008. 246 p.
11. Bankov S.E., Gribanov A.N., Kurushin A.A. Elektrodinamicheskoe modelirovanie antennyh i SVCh struktur s ispol'zovaniem FEKO. M.: One-Book, 2013. 423 p.
12. Shtager E.A., Chaevskij E.V. Rasseyanie voln na telah slozhnoj formy. M.: Sovetskoe radio, 1974. 240 p.
13. 'Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln / V.A. Neganov, O.V. Osipov, S.B. Raevskij i dr. / pod red. V.A. Neganova i S.B. Raevskogo. M.: Radio i svyaz'. 2005. 648 p.
14. Neganov V.A. Fizicheskaya regulyarizaciya nekorrektnyh zadach elektrodinamiki: linii peredachi, antenny, difrakciya 'elektromagnitnyh voln. M.: SAJNS-PRESS. 2008. 432 p.
15. Razin'kov S.N., Bogoslovskij A.V., Borisov D.N. i dr. Analiz vibratornyh antennyh reshetok malozametnyh bespilotnyh letatel'nyh apparatov samoletnogo tipa // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 18. pp. 227-236. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://akademiya-vvs.rf/images/data/zhurnal_vks/18-2021/227-236.pdf (data obrascheniya 11.12.2021).
16. Razin'kov S.N., Bogoslovskij A.V., Borisov D.N. Sravnitel'nyj analiz otrazhatel'nyh svojstv cilindrov s polnoj i chastichnoj metallizaciej bokovyh poverhnostej // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 19. pp. 302-310. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://vva.mil.ru/upload/site21/B7st1fUZlu.pdf (data obrascheniya 11.12.2021).
17. Radio'elektronnye sistemy: osnovy postroeniya i teoriya. Spravochnik / pod red. Ya.D. Shirmana. M.: Radiotehnika. 2007. 874 p.
18. Radiolokacionnye ustrojstva (teoriya i principy postroeniya) / pod red. V.V. Grigorina-Ryabova. M.: Sovetskoe radio. 1970. 680 p.
19. Tihonov A.N., Arsenin V.Ya. Metody resheniya nekorrektnyh zadach. M.: Nauka. 1986.
288 p.
20. Krasovskij А.А., Vavilov Yu.A., Suchkov А.1. Sistemy avtomaticheskogo upravleniya letatel'nyh apparatov. М.: VVIA теш ^Е. Zhukovskogo. 1985. 476 р.
21. Sovremennaya radio,elektronnaya Ьог'Ьа. Voprosy metodologii / pod red. V.G. Radzievskogo. М.: Radiotehnika. 2006. 424 р.
© Разиньков С.Н., Богословский А.В., Буслаев А.Б., 2022
UDK 623.76.07 GRNTI 78.25.13:47.45.29
unmanned radio-electronic complex effective scattering area analysis using an electrodynamic modeling system
S.N. RAZINKOV, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor
A.V. BOGOSLOVSKIY, Candidate of Technical Sciences
A.B. BUSLAEV, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
The effective scattering areas of the radio-electronic complex on an unmanned aerial vehicle of the Bayraktar TB2 aircraft type were studied using a computer program for electrodynamic modeling and numerical analysis of the electromagnetic field of Altair FEKO objects based on a computing tool with an Intel Core i9-11900KF processor with a 32 GB RAM. The high accuracy of calculations, characterized by a residual of boundary conditions of no more than -30 dB, with a short time allowing multiple calculations to be performed at different frequencies of irradiating radio waves and limitations on computing resources, is achieved through the joint use in the program of the multilevel multipole method of moments and asymptotic methods of physical optics and homogeneous diffraction theory. The sectors of angles and frequencies of the C-band where the secondary radiation of the object has the highest levels are determined. It is shown that at frequencies of 5,2...5,5 GHz, the maximum achievable values of the effective scattering area of an unmanned complex irradiated by a linear polarization signal from a direction of 30° are (2,1...7,6)x10-3 m2.
Keywords: unmanned aerial vehicle, effective scattering area, electrodynamic modeling computer program.
УДК 621.396.67 ГРНТИ 78.25.13
ОБОСНОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ТИПАЖА ТЕХНИКИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ РАЗВЕДКИ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВООРУЖЕННОЙ БОРЬБЫ В ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКОЙ СФЕРЕ
О.Э. РАЗИНЬКОВА, кандидат технических наук
Проведен анализ современных научно-методических основ обоснования и регулирования рационального типажа техники радиоэлектронной разведки для информационной поддержки мероприятий вооруженной борьбы в перспективных военных действиях. Обоснование типажа средств состоит в определении их номенклатуры, позволяющей с требуемой эффективностью выполнять задачи разведывательно-информационного обеспечения органов управления, сил и средств вооруженной борьбы. Регулирование рационального типажа заключается в сокращении типов изделий за счет унификации при сохранении функций разведывательно-информационного обеспечения на требуемом уровне. Показано, что правила формирования рационального типажа средств разведки должны устанавливаться на основе Единых исходных данных для программно-целевого регулирования процессов их создания и комплексного применения при реализации военно-технической политики в области вооружения. Предложен подход к вопросу обоснования типажа техники радиоэлектронной разведки для управления ресурсом вооруженной борьбы в воздушно-космической сфере. Обоснован способ регулирования его рационального состава на основании унификации характеристик и системной классификации разведывательных средств. Рациональный типаж техники разведки целесообразно регулировать в соответствии с критерием минимума среднего риска принятия классификационных решений о включении в его состав изделий с тактико-техническими характеристиками, соответствующими требуемому уровню разведывательно-информационного обеспечения вооруженной борьбы при реализации методов структурно-информационного и структурно-системного ведения радиоэлектронной разведки.
Ключевые слова: типаж образцов техники, разведывательно-информационное обеспечение, радиоэлектронная разведка, структурно-информационный и структурно-системный методы разведки, Единая система исходных данных для обеспечения реализации военно-технической политики Российской Федерации.
Введение. Согласно концепциям вооруженной борьбы в интересах установления контроля над стратегически важными регионами и перераспределения сфер влияния мировых держав и межгосударственных образований в перспективных военных действиях [1] важная роль будет отводиться мероприятиям скрытного противоборства [1, 2].
При малой контрастности демаскирующих признаков объектов вооружения и военной техники в различных физических полях [3], достижимой за счет применения сбалансированных мер по снижению заметности и маскировке, создаются благоприятные условия для завоевания превосходства в разведывательно-информационном обеспечении, управлении войсками (силами) [4, 5] и внезапного нанесения массированных радиоэлектронно-огневых ударов по критически важным целям. Огневое поражение заключается в силовом (огневом) воздействии на противника для нанесения ему ущерба, воспрещающего возможности выполнения боевых задач, на основе высокоточного целеуказания. Радиоэлектронное поражение осуществляется
путем постановки преднамеренных имитирующих или маскирующих помех радиоэлектронным объектам [1, 2] для дезорганизации управления войсками (силами) и оружием в интересах снижения реализуемых боевых потенциалов группировок войск противостоящей стороны [6-8].
Возможности скрытного сосредоточения усилий вооруженной борьбы в заданных районах и на установленных интервалах времени при рациональном распределении комплектов техники, предназначенных для поражения противника и защиты своих войск, объектов и инфраструктуры, являются ключевыми факторами для захвата инициативы и развития успеха при выполнении боевых задач с одновременным снижением боевых потерь (предотвращением ущерба).
Реализация этих возможностей требует неуклонного повышения уровня разведывательно-информационного обеспечения сил (средств) вооруженной борьбы [1, 6, 7], что, в свою очередь, определяет важность выполнения комплексных мероприятий разведывательной деятельности с применением всех доступных ресурсов и совместной обработкой разнородной информации о складывающейся обстановке и прогнозировании ее изменения [1, 8, 9].
В складывающихся условиях информационная поддержка противоборства базируется на оперативном выявлении и динамичном установлении степени текущей опасности угроз по результатам распознавания состава, предназначения, состояния и задач воинских формирований, идентификации типов, тактико-технических характеристик и назначения объектов вооружения и военной техники. Полнота и достоверность информации, а также своевременность ее доведения исполнительным элементам в интересах разведывательно-информационного обеспечения составляют основу для рационального выбора способов организации и ведения вооруженной борьбы, определения рационального состава сил и комплекта средств вооружения и военной техники, привлекаемых для достижения целей [1, 8].
Таким образом, первостепенное значение приобретают вопросы формирования комплектов техники радиоэлектронной разведки, интегрируемых в единую информационно-управляющую структуру и позволяющих при наличии ресурсных ограничений на их создание с требуемой эффективностью выполнять задачи разведывательно-информационного обеспечения средств вооруженной борьбы [1, 5, 7].
Ввиду высоких темпов развития средств вооруженной борьбы и масштабного внедрения современных информационных технологий в разведывательно-информационной деятельности армий ведущих зарубежных государств [5] разработка новых образцов вооружения и военной техники является ключевым компонентом достижения, поддержания и совершенствования боевой готовности воинских формирований. Разрабатываемые изделия отличаются от принятых на снабжение после модернизации потенциально меньшими рисками проявления дисбаланса между тактико-техническими характеристиками и предъявляемыми к ним требованиями, а также более длительными сроками морального старения. Поэтому опытно-конструкторские работы по созданию образцов вооружения и военной техники обладают приоритетом при установлении сроков выполнения и объемов финансирования по сравнению с работами, направленными на модернизацию эксплуатируемых средств [7].
Разработка концепций Государственной программы вооружения и Федеральной целевой программы развития оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации включает в себя установление и регулирование типажа образцов техники радиоэлектронной разведки с учетом трансформации возлагаемых на них задач в перспективных военных действиях. Задача установления типажа разведывательных средств заключается в нахождении их номенклатуры, позволяющей в максимально полном объеме вскрывать демаскирующие признаки объектов, необходимые для оценки состояния, выявления и прогнозирования действий и распознавания замыслов противника. Регулирование состоит в сокращении типажа средств разведки без ущерба для полноты и достоверности разведывательно-информационного обеспечения [10, 11].
Актуальность. Обоснование типажа техники при программно-целевом планировании выполняется на основании Единых исходных данных для программно-целевого обеспечения
реализации военно-технической политики, формирования концепций Государственной программы вооружения и Федеральной целевой программы развития оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации [12].
Применительно к задаче определения рационального комплекта техники радиоэлектронной разведки для разведывательно-информационного обеспечения вооруженной борьбы в воздушно-космической сфере перечень Единых исходных данных включает в себя:
военно-стратегические, оперативно-тактические и технические данные о состоянии [12] с комплексным прогнозом развития образцов вооружения и военной техники армий ведущих зарубежных государств, а также входящих в их состав источников демаскирующих признаков, выявляемых в процессе ведения радиолокационной разведки. Применительно к задачам борьбы в воздушно-космической сфере номенклатура указанных данных содержит летно-технические характеристики и оперативно-тактическую принадлежность воздушных судов, орбитальные параметры космических аппаратов, а также радиолокационные сигнатуры разведываемых целей (для систем активной радиолокации) и радиотехнические сигнатуры бортовых радиоэлектронных устройств (для систем пассивной радиолокации - радио- и радиотехнической разведки [9, 10]);
результаты анализа мировых тенденций развития и передовых достижений в области создания техники радиоэлектронной разведки [10], а также рисков создания изделий с тактико-техническими характеристиками, удовлетворяющими требуемому уровню разведывательно-информационного обеспечения средств вооруженной борьбы [12];
оценки уровней, направлений и перспектив развития базовых и критических технологий [10, 12] создания элементной базы и базовых компонентов образцов техники радиоэлектронной разведки, определяющих возможности реализации функций разведывательно-информационного обеспечения вооруженной борьбы.
В [11] представлена методика регулирования типажа средств радио-, радиотехнической разведки для разведывательно-информационного обеспечения радиоэлектронной борьбы. В ее основу положен принцип сокращения номенклатуры техники при сохранении в требуемых пределах [10] полноты и достоверности разведывательно-информационного обеспечения сил и средств радиоэлектронной борьбы при выполнении боевых задач. Сокращение типов изделий осуществляется по правилам системной унификации [12] при минимизации полных затрат на создание номенклатуры техники, установленной исходя из задач и условий боевого применения. Варианты унификации техники регулируются числом однородных групп образцов и направлений унификации при многоальтернативном выборе типажа [11, 13].
Вместе с тем в условиях интенсивного переоснащения арсеналов средств вооруженной борьбы, изменения форм и условий ведения военных действий применение указанной методики не позволит сформировать рациональный типаж техники разведывательно-информационного обеспечения по следующим причинам.
1. Генерация вариантов типажа изделий в [11] проведена без учета выполнения функций разведки с применением структурно-информационного и структурно-системного методов [5, 9] при комплексной обработке информации [5, 14].
Структурно-информационный метод заключается в использовании группы однотипных средств разведки в интересах добывания данных (сведений) о переменных характеристиках разведываемых объектов для определения типов (режимов работы), тактического назначения, состава и оперативно-тактической принадлежности. Структурно-системный метод заключается в совместном применении средств разведки различных типов и назначения для добывания данных (сведений) о составе, состоянии и деятельности разведываемых объектов в реальном (близком к реальному) масштабе времени [5]. Каждое средство разведки функционирует в сети информационной поддержки сил и средств вооруженной борьбы как компонент многоуровневой иерархической системы разведывательно-информационного обеспечения с возможностями передачи данных (сведений) в центры сбора и обработки, а также получения
команд управления (информационных запросов) в соответствии с информационными потребностями управляющих органов и исполнительных элементов.
Комплексная обработка разведывательной информации, поступающей из независимых источников, при установлении достоверности, обобщения, классификации по степени важности и накоплении позволяет парировать пропуски демаскирующих признаков объектов отдельными информационными сенсорами [13]. При этом вследствие расширения перечня характеристик и повышения детальности их восстановления возрастают показатели полноты и достоверности оценки обстановки [5, 9, 13] относительно уровней, достижимых при автономной работе средств разведки [5, 9].
Генерация типажа техники разведки без учета реализации структурно-информационного и структурно-системного методов может сопровождаться исключением из рассмотрения образцов за счет получения заниженных показателей эффективности и переоценкой вклада потенциально эффективных изделий в разведывательно-информационное обеспечение средств вооруженной борьбы.
2. Формирование однородных групп и определение направлений унификации образцов техники выполнено без учета Единых исходных данных для программно-целевого планирования, отражающих закономерности развития средств и объектов разведки, состоящих на вооружении армий ведущих зарубежных государств.
В результате становится возможным ошибочное определение технологических рисков [12] создания образцов техники с требуемыми тактико-техническими характеристиками, что влечет за собой установление возможного несоответствия достижимых показателей эффективности разведывательно-информационного обеспечения требуемым значениям, которое обусловливает снижение степени реализации боевых потенциалов группировок войск [6, 7].
3. Критерии полноты и достоверности разведывательно-информационного обеспечения установлены без учета систематизации и анализа условий совместного применения разнородных средств разведки, а правила выбора рационального типажа образцов техники определены без оценки достижимых уровней развития базовых и критических технологий создания элементной базы и базовых компонентов.
Игнорирование отмеченных факторов может служить причиной того, что при принятии решения об унификации из состава рационального комплекта будут исключены средства с тактико-техническими характеристиками, удовлетворяющими предъявляемым требованиям, или типаж техники, создаваемой при наличии технологических рисков, не позволит в полном объеме выполнять задачи разведывательно-информационного обеспечения в динамике развития вооружения противника.
Таким образом, тематика исследования, связанного с обоснованием и регулированием рационального типажа техники радиоэлектронной разведки в интересах разведывательно-информационного обеспечения вооруженной борьбы в воздушно-космической сфере, является актуальной.
Цель работы - развитие научно-методических основ обоснования и разработка способа регулирования рационального типажа техники радиоэлектронной разведки для разведывательно-информационного обеспечения вооруженной борьбы в воздушно-космической сфере с учетом Единых исходных данных для программно-целевого планирования.
Методические основы обоснования типажа техники радиоэлектронной разведки.
Неуклонное возрастание требований к качеству информационной поддержки управления силами и средствами вооруженной борьбы обусловливает кардинальные изменения в организационной структуре и принципах функционирования компонентов системы разведывательно-информационного обеспечения сил и средств вооруженной борьбы.
Суть этих изменений заключается в переходе от одиночных информационных сенсоров, функционирующих в автономных режимах, или локальных систем разведки к многоуровневым интегрированным системам разведки.
В результате объединения единой системой управления разнородные средства разведки образуют сложные организационно-технические пространственно распределенные структуры многосферного базирования с комплексной обработкой информации от независимых источников. Типовые варианты построения многоуровневых структур предполагают размещение постов разведки на космических, воздушных и наземных (морских) носителях [5].
При многоуровневом построении разведывательных структур предусмотрено создание информационных каналов с многократным дублированием, обусловливающим сокращение возможных информационных потерь при снижении качества выполнения функций отдельными экземплярами или группами сенсоров. За счет установления информационного приоритета в складывающейся ситуации достигается устойчивость и непрерывность анализа обстановки с выявлением наиболее важных аспектов для принятия управляющих решений. Отождествление разнородной информации является основой для повышения ее полноты и достоверности ввиду устранения противоречий при совместном анализе признаков разведываемых объектов при большей детальности проявления обстановки.
Обоснование типажа техники радиоэлектронной разведки обусловливает потребности совершенствования методологии исследований разведывательно-информационного обеспечения в условиях интеграции и взаимодействия разнотипных информационных сенсоров и комплексирования информации при априорной неопределенности и высокой динамике изменения обстановки.
Методической основой для выявления закономерностей совместного функционирования сложных организационно-технических систем является комплекс иерархических моделей для воспроизведения существенных для анализа информационных процессов [15] с количественной оценкой взаимосвязанных и взаимообусловленных показателей эффективности, объединяемых в группы по уровням иерархии [16].
Выбор рационального типажа разведывательных средств представляет собой результат принятия решения относительно множества альтернативных вариантов с удовлетворяющими требованиям к разведывательно-информационному обеспечению характеристиками, при учете ресурсных ограничений на разработку и эксплуатацию образца каждого типа. Критерий выбора устанавливается определением признака превышения показателем эффективности порогового значения, задаваемого на основе анализа требований к качеству информационной поддержки мероприятий вооруженной борьбы, и ресурсных ограничений, выступающих сдерживающим фактором при выполнении функций добывания, сбора, обработки, накопления и распределения информации. Пороговые значения показателей эффективности разведки находятся исходя из оперативно-тактических требований к технике соответствующего типа.
Обоснование тактико-технических требований к образцам техники разведки проводится при последовательном выполнении многоэтапных итеративных процедур на каждом уровне иерархии системы разведывательно-информационного обеспечения с коррекцией пороговых значений целевых функций и переопределением ограничений для типовых условий применения, ранжированием типов изделий и принятием решений о рациональных вариантах формирования типажа техники.
Оценка эффективности многоуровневой системы информационных сенсоров проводится по информационным показателям, из которых интегральным является вероятность разведки, определяемая при контроле вероятности ложной тревоги при классификации объектов разведки (вероятности ложного распознавания типа (экземпляра) цели) [10]. Интегральный показатель эффективности разведки находится в результате свертки частных показателей, характеризующих отдельные операции обработки информационных сигналов. Перечень частных показателей включает в себя [17]:
вероятностные показатели эффективности обнаружения разведываемых объектов; показатели точности определения мер и классификации демаскирующих признаков; временные показатели оперативности функционирования системы разведки, управления и распределения информационных ресурсов ее компонентов.
Методическую основу определения этих показателей составляют способы структурного и параметрического синтеза технических устройств и методики сравнительного анализа их функциональных возможностей с учетом технической реализуемости (при установленных технологических рисках достижения требуемых характеристик элементной базы). Нахождение частных показателей эффективности представляет собой многофакторную задачу, поскольку, с одной стороны, при построении методик их расчетов необходимо достичь унификации подхода для выполнения условий свертки в интегральный показатель [17], а с другой стороны, учесть специфику применения различных типов и многообразие условий эксплуатации средств разведки [5, 17].
Сложность определения этих показателей, являющихся ключевыми признаками для включения изделий в варианты типажа унифицированных образцов техники, обусловлена:
многообразием принципов построения, наличием широкого перечня базовых и критических технологий для достижения тактико-технических характеристик, удовлетворяющих требованиям к компонентам системы разведывательно-информационного обеспечения средств вооруженной борьбы;
высокой априорной неопределенностью и вариативностью пространственно-временных параметров условий применения образцов техники с учетом требований по электромагнитной совместимости в группировке своих войск и защищенности от средств технической разведки и поражения (подавления организованными помехами [8]) противника;
наличием жестких внешнесистемных ограничений на массогабаритные и энергетические показатели, уровни контрастности в физических полях, содержащих демаскирующие признаки, объем которых достаточен для выявления и классификации объектов противником [5].
Расчет частных показателей эффективности образцов техники разведки осуществляется с использованием формализованных аналитических и имитационных моделей функционирования на этапах первичной и вторичной обработки сигналов [9, 17], третичной обработки информации [13]. При этом подлежат учету прогнозируемые характеристики и способы применения разведываемых объектов и дискретность интервалов времени их наблюдения, устанавливаемая как параметрами циклов ведения разведки, так и возможными срывами процессов обнаружения и сопровождения за счет изменения заметности до критически низкого уровня. Методики оценки показателей оперативности разнотипных информационных сенсоров [9] и качества управления компонентами системы разведки построены на основе имитационных моделей, воспроизводящих в дискретные моменты времени текущие состояния информационно-управляющих структур с учетом энергетических и временных параметров каналов добывания и передачи информации [8].
Эффективность многокомпонентных пространственно распределенных систем разведки различных типов осуществляется путем выполнения свертки информационных показателей их составляющих применительно к эпизодам разведки отдельных объектов.
Для многоуровневых систем разведки с иерархическим построением информационных сенсоров эффективность оценивается применительно к ситуациям добывания информации об отдельных типах объектов совместно применяемыми с разнотипными, специализированными и многофункциональными средствами. Далее для вариантов построения систем с наибольшими значениями информационных показателей проводится интегральная оценка эффективности выполнения функциональных задач разведывательно-информационного обеспечения в типовых боевых эпизодах с логико-временными сценариями совместного применения противником средств, определенных в качестве объектов разведки. Суть интегральной оценки заключается в выполнении свертки показателей, полученных для отдельных типов объектов. При этом
следует отметить, что ввиду наличия неопределенности информации о действиях противника, вариациях пространственно-временных параметров типовых боевых эпизодов и корреляционных связей между большим числом случайных факторов, характеризующих внутрисистемные процессы и внешние воздействия на компоненты системы разведки, интегральная оценка ее эффективности выполняется по результатам имитационного моделирования процессов боевого применения. Наиболее существенные аспекты функционирования и конфликтного взаимодействия объектов и средств разведки воспроизводятся в соответствии с дискретно-событийным подходом. Модели функционирования информационных сенсоров и обслуживаемых ими целей, как правило, разрабатываются в рамках теории случайных процессов с дискретным множеством состояний и непрерывным временем [18].
Важность проведения подобного рода исследований обусловлена тем, что комплексное применение разнотипной техники радиоэлектронной разведки в настоящее время является одним из ключевых направлений повышения эффективности разведывательно-информационного обеспечения вооруженной борьбы в воздушно-космической сфере. Информация, добываемая разнородными информационными сенсорами, обладает свойствами дополнения номенклатуры и реализации непрерывности наблюдения состояний разведываемых объектов в соответствии с задачами разведывательно-информационного обеспечения.
Интегральные информационные показатели эффективности средств разведки позволяют установить соответствие их тактико-технических характеристик предъявляемым требованиям, что является признаком включения информационного сенсора заданного типа в состав варианта типажа разведывательной техники.
Методические основы регулирования типажа техники радиоэлектронной разведки. Задачу регулирования рационального типажа техники радиоэлектронной разведки будем решать с позиций классификации [13] при минимизации среднего риска принятия классификационных решений [13, 19].
Формализованное математическое описание процедуры включения объекта техники из общего числа К, обоснованных для определенного типажа, в состав Ь объектов рационального типажа при регулировании заключается в установлении соответствия к -го элемента множества (к = \,...,К) / -ой группе (/ = \,...,Ь).
Правило принятия решения о распределении К объектов по Ь группам, характеризуемое наилучшими (максимальными) для выбранного критерия [13, 19] показателями эффективности, определяет наиболее целесообразную технологию регулирования рационального типажа средств.
Показателями качества классификации объектов техники выступают элементы матрицы решений, определяемые как условные вероятности правильной классификации и ошибочных решений первого и второго рода, устанавливающих частоту проявления ложных тревог и пропусков правильно классифицируемых объектов с тождеством характеристик, установленных для множеств К и Ь .
По аналогии с [13, 19] для построения правила классификации зададим матрицу условий (гипотез) А = I о принадлежности к-то элемента {к = \,...,К) 5-ой группе (^ =!,...,£) и
матрицу решений (альтернатив) А =
А,
о классификации объектов по I -ой и 5 -ой группам
(/, ^ = 1,..., Ь). На их основе найдем матрицу ситуаций отождествления С = || С,и || = \Ак<, | где Т - знак транспонирования; элементы матрицы С определяются выражением
А,
где * - знак комплексного сопряжения.
(1)
Поставив в соответствие матрице ситуаций отождествления матрицы вероятностей Р = ||РЫ|| и рисков К = ||ли|| принятия решений о классификации объектов (к = \,...,К,
I = \,...,Ь), получим правило расчета среднего риска при регулировании рационального типажа техники
— к 1 / \
(2)
k=l 1=1
где Р{Ак^ - элементы диагональной матрицы априорных вероятностей (гипотез); Р^А^А^ - матрица условных вероятностей принятия решений о принадлежности к -го элемента 1-й группе (к = \,...,К, I = \,...,Ь), связанные, как показано в [13], соотношением
Ры=Р(Ак)р(А1\Ак).
Поскольку ситуации, гипотезы и решения о классификации образуют полные группы статистически независимых событий, для сомножителей, входящих в определение среднего риска принятия решений (2), справедливы условия [13]:
К л К Ь К ь
k=1 K k=1 1=1 k=1 1=1
(3)
С их учетом правило регулирования рационального типажа техники радиоэлектронной разведки по критерию минимума среднего риска [19, 20] имеет вид
(k1') = ата min R .
4 ' к=1,...,К, 1=1,.., Ь
(4)
При использовании (4) для принятия классификационных решений о формировании типажа образцов техники радиоэлектронной разведки с тактико-техническими характеристиками, полученными в соответствии с принципами унификации [10] и удовлетворяющими требованиям к уровню информационной поддержки вооруженной борьбы, реализуются возможности его рационального регулирования при реализации структурно-информационного и структурно-системного методов разведывательно-информационного обеспечения.
Выводы. Проведен анализ научно-методических основ регулирования рационального типажа техники радиоэлектронной разведки для разведывательно-информационного обеспечения сил (комплектов средств) вооруженной борьбы в перспективных военных действиях в воздушно-космической сфере. Способы обоснования типажа заключаются в определении номенклатуры разнотипных изделий, с требуемой эффективностью выполняющих задачи информационной поддержки мероприятий и действий по нанесению ущерба противнику и предотвращению потерь своих войск. Регулирование рационального типажа заключается в сокращении типов изделий за счет унификации при сохранении функций разведывательно-информационного обеспечения на требуемом уровне.
Показано, что правила формирования рационального типажа средств разведки должны устанавливаться на основе Единых исходных данных для программно-целевого регулирования процессов их создания и комплексного применения при реализации военно-технической политики в области вооружения. Для корректного учета закономерностей развития и передовых достижений в области создания техники, базовых и критических технологий совершенствования элементной базы при разработке концепций Государственной программы
вооружения и Федеральной целевой программы развития оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации перечень исходных данных должен включать:
варианты типажа средств радиоэлектронной разведки, формируемого для разведывательно-информационного обеспечения сил (комплектов средств) вооруженной борьбы с комплексной обработкой информации, поступающей от разнородных информационных сенсоров;
однородные группы и направления унификации образцов техники, обоснованные с учетом закономерностей развития средств и объектов разведки армий ведущих зарубежных государств;
правила оценки полноты и достоверности информации, выработанные при систематизации условий совместного применения разнородных средств разведки.
Игнорирование указанных факторов может способствовать установлению несоответствия достижимых показателей эффективности разведывательно-информационного обеспечения современным требованиям, что влечет за собой снижение реализации боевых потенциалов группировок войск.
Предложен подход к обоснованию типажа техники разведки в интересах разведывательно-информационного обеспечения и управления ресурсом вооруженной борьбы в воздушно-космической сфере. С использованием критерия минимума среднего риска разработан способ регулирования рационального типажа техники на основании унификации их характеристик и системной классификации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михайлов Д.В. Война будущего: возможный порядок нанесения удара средствами воздушного нападения США в многосферной операции на рубеже 2025-2030 годов // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2019. № 12. С. 44-52. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/12-2019/44-52.pdf (дата обращения 11.02.2022).
2. Хренов И.В., Андреев В.В., Кирюшин А.Н. Трансформация концепции «Глобального удара» и подходов к ее реализации на практике в вооруженных силах США в современных условиях // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 18. С. 31-45. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/18-2021m-45.pdf (дата обращения 11.02.2022).
3. Донсков Ю.Е., Керков В.Г., Васильев В.В. Снижение заметности вооружения и военной техники: проблема и пути ее решения // Военная мысль. 2006. № 10. С. 34-40.
4. Стучинский В.И., Корольков М.В. Обоснование боевого применения авиации для срыва интегрированного массированного воздушного удара в многосферной операции противника // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2020. № 16. С. 29-36. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/16-2020/29-36.pdf (дата обращения 11.02.2022).
5. Меньшаков Ю.К. Теоретические основы технических разведок. М.: Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана. 2008. 536 с.
6. Буравлев А.И., Русланов И.П. Влияние заданных значений ущерба и собственных потерь на решение боевых задач // Военная мысль. 2011. № 1. С. 26-30.
7. Литвиненко В.В., Урюпин В.Н., Солдатов А.Н. Методологические аспекты модернизации образцов вооружения, военной и специальной техники. Задачи, виды и принципы модернизации // Военная мысль. 2018. № 10. С. 53-62.
8. Куприянов А.И., Сахаров А.В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы. М.: Вузовская книга, 2007. 356 с.
9. Демин В.П., Куприянов А.И., Сахаров А.В. Радиоэлектронная разведка и радиомаскировка. М.: Издательство МАИ, 1997. 156 с.
военная электроника,
аппаратура комплексов военного назначения
10. Годуйко В.А., Луценко А.Д., Маевский Ю.И. Методический подход к обоснованию рационального типажа средств информационного обеспечения радиоэлектронных систем // Радиотехника. 2008. № 21. С. 78-80.
11. Луценко А.Д., Радзиевская Т.В. Регулирование рационального типажа средств радио-, радиотехнической разведки в интересах разведывательно-информационного обеспечения радиоэлектронной борьбы // Вооружение и экономика. 2018. № 2 (44). С. 37-44. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.viek.ru (дата обращения 11.02.2022).
12. Буренок В.М. Проблемы программно-целевого планирования системы вооружения по опыту обоснования Государственной программы вооружения // Военная мысль. 2011. № 3. С. 53-62.
13. Машков Г.М. Статистические критерии и показатели качества отождествления локационных объектов // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2001. T. 44. № 9. С. 40-48.
14. Рахманов А.А., Менячихин А.И. Важнейший элемент ВКО // Воздушно-космическая оборона. 2013. № 2. С. 57-61.
15. Давыдов А.Е., Максимов Р.В., Савицкий О.К. Защита и безопасность ведомственных интегрированных инфокоммуникационных систем. М.: Воентелеком. 2017. 536 с.
16. Жидко Е.А., Разиньков С.Н., Власов А.Б. Способы управления защитой информационно-телекоммуникационной системы в условиях информационно-технических воздействий критически важного объекта. Воронеж: ВУНЦ ВВА «ВВА». 2021. 114 с.
17. Разиньков С.Н., Сирота А.А. Оценка эффективности первичной и вторичной обработки импульсных радиосигналов в системах пассивной радиолокации // Измерительная техника. 2004. № 2. С. 53-59.
18. Владимиров В.И. Принципы и аппарат системных исследований радиоэлектронного конфликта. Воронеж: ВВВИУРЭ, 1992. 107 с.
19. Вопросы статистической теории распознавания / Ю.Л. Барабаш, Б.В. Варский, В.Т. Зиновьев и др. // под ред. Б.В. Варского. М.: Советское радио, 1967. 400 с.
20. Боев С.Ф. Управление рисками проектирования и создания радиолокационных станций дальнего обнаружения. М.: Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана. 2017. 430 с.
REFERENCES
1. Mihajlov D.V. Vojna buduschego: vozmozhnyj poryadok naneseniya udara sredstvami vozdushnogo napadeniya SShA v mnogosfernoj operacii na rubezhe 2025-2030 godov // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2019. № 12. pp. 44-52. fElektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/12-2019/44-52.pdf (data obrascheniya 11.02.2022).
2. Hrenov I.V., Andreev V.V., Kiryushin A.N. Transformaciya koncepcii «Global'nogo udara» i podhodov k ee realizacii na praktike v vooruzhennyh silah SShA v sovremennyh usloviyah // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 18. pp. 31-45. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/18-2021/31-45.pdf (data obrascheniya 11.02.2022).
3. Donskov Yu.E., Kerkov V.G., Vasil'ev V.V. Snizhenie zametnosti vooruzheniya i voennoj tehniki: problema i puti ee resheniya // Voennaya mysl'. 2006. № 10. pp. 34-40.
4. Stuchinskij V.I., Korol'kov M.V. Obosnovanie boevogo primeneniya aviacii dlya sryva integrirovannogo massirovannogo vozdushnogo udara v mnogosfernoj operacii protivnika // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2020. № 16. pp. 29-36. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/16-2020/29-36.pdf (data obrascheniya 11.02.2022).
5. Men'shakov Yu.K. Teoreticheskie osnovy tehnicheskih razvedok. M.: Izdatel'stvo MGTU imeni N/E. Baumana. 2008. 536 p.
6. Бигау1еу А.1., Яш1апоу 1.Р. УНуаше 2аёаппуЬ 2паеЬеп1] ш^егЬа 1 воЬв^еппуИ ро1ег' па reshenie boevyh zadach // Voennaya mysl'. 2011. № 1. рр. 26-30.
7. Ькутепко У.У., Игуирт У.К, Бо1ёа1оу А.К Ме1оёо1о§1еЬе8к1е аБрек1у шоёегп12ае11 оЬга2еоу уооги2Ьеп1уа, уоеппо] 1 8рее1а1'по] 1еЬшк! 2аёаеЬ1, у1ёу 1 рппару тоёегш2асп // Voennaya mysl'. 2018. № 10. рр. 53-62.
8. Кирг1уапоу А.1., БаЬагоу А.У. Теоге11сЬе8к1е оБпоуу гаё1о'е1ек1гоппо] Ьог'Ьу. М.: Уи2оуБкауа кш§а, 2007. 356 р.
9. Беш1п У.Р., Кирг1уапоу А.1., БаЬагоу А.У. Каёю'екЙхоппауа га2уеёка 1 гаё1ошавк1гоука. М.: 12ёа1е1'81уо МА1, 1997. 156 р.
10. Ооёи]ко У.А., Ьисепко А.Б., МаеуБк1] Уи.1. Ме1оё1сЬе8к1] роёЬоё к оЬоБпоуашуи гас1опа1'по§о 11ра2Ьа 8геёБ1у тГогтасюппо§о оЬевресЬеп1уа гаё1о'е1ек1гоппуЬ 8181еш // Radiotehnika. 2008. № 21. pp. 78-80.
11. Ьисепко А.Б., Яаё21еу8кауа Т.У. Яе§иИгоуап1е гас1опа1'по§о 11ра2Ьа 8геёБ1у гаё1о-, гаё^еИшсИевко] га2уеёк1 у 1п1еге8аЬ га2уеёууа1е1'по-1пГогшас1оппо§о оЬеБресИешуа radio,elektronnoj Ьог'Ьу // Vooruzhenie i ,ekonomika. 2018. № 2 (44). рр. 37-44. ['Б1ек1гоппу] геБигБ]. Я^Ыш ёоБ1ира: http://www.уiek.гu (ёа1а оЬгавсЬеп1уа 11.02.2022).
12. Бигепок У.М. РгоЬ1ешу рго§гашшпо-се1еуо§о р1ап1гоуап1уа sisteшy уooгuzheniya ро оруШ obosnovaniya Gosudarstvennoj programmy vooruzheniya // Voennaya mysl'. 2011. № 3. рр. 53-62.
13. Mashkov О.М. Statisticheskie kгiteгii 1 pokazate1i kachestva otozhdestу1eniya 1okacionnyh оЬ'екоу // Izvestiya уuzoу. Radюe1ektгonika. 2001. Т. 44. № 9. рр. 40-48.
14. Rahmanov А.А., Menyachihin А.1. Уazhnejshij 'е1ешеп УКО // Уozdushno-kosшicheskaya оЬогопа. 2013. № 2. рр. 57-61.
15. Daуydoу А.Е., Maksiшoу Я.У., Savickij О.К. Zaschita 1 bezopasnost' уedoшstуennyh integгiгoуannyh infokoшшunikacionnyh sisteш. М.: Уoente1ekoш. 2017. 536 р.
16. Zhidko Е.А., Razin'koу S.N., У^оу А.Б. SposoЬy иргау1еп1уа zaschitoj тАогшасюппо-te1ekoшшunikacionnoj sisteшy у us1oуiyah infoгшacionno-tehnicheskih уozdejstуij kгiticheski уazhnogo оЬ'еЙ;а. Уoгonezh: VUNC VVA «УУА». 2021. 114 р.
17. Razin'kov S.N., Siгota А.А. Осепка 'effektivnosti peгуichnoj 1 уtoгichnoj oЬгaЬotki iшpu1'snyh гadiosigna1oу у sisteшah passiуnoj radio1okacii // Izmeritel'naya tehnika. 2004. № 2. рр. 53-59.
18. У^1ш1гоу У.1. Рг1пс1ру 1 appaгat sistemnyh iss1edoуanij гadio,e1ektгonnogo konf1ikta. Уoгonezh: УУУШЯЕ, 1992. 107 р.
19. Voprosy statisticheskoj teoгii гaspoznaуaniya / Уи.Ь. БaгaЬash, Б.У. Уaгskij, У.Т. Zinov'ev 1 dг. // pod red. Б.У. Уaгskogo. М.: Soуetskoe radio, 1967. 400 р.
20. Боеу S.F. Иргау1еп1е гiskaшi pгoektiгoуaniya 1 sozdaniya гadio1okacionnyh stancij da1'nego oЬnaгuzheniya. М.: Izdate1'stУO МОТИ 1шеп1 ^Е. Баишапа. 2017. 430 р.
© Разинькова О.Э., 2022
UDK 621.396.67 GRNTI 78.25.13
justification and regulation of the electronic intelligence equipment rational type in the interests of intelligence and information support of armed fight in the aerospace sphere
O.E. RAZINKOVA, Candidate of Technical Sciences
The analysis of modern scientific and methodological foundations of substantiation and regulation of the electronic intelligence equipment rational type for information support of armed fight activities in prospective military operations is carried out. The justification of the type of means consists in determining their nomenclature, which allows to perform the tasks of intelligence and information support of management bodies, forces and means of armed fight with the required efficiency. Regulation of the rational type consists in reducing the types of products due to unification while maintaining the functions of intelligence and information support at the required level. It is shown that the rules for the formation of a rational type of intelligence tools should be established on the basis of Common source data for program-targeted regulation of the processes of their creation and integrated application in the implementation of military-technical policy in the field of armament. An approach to the issue of substantiating the type of electronic intelligence equipment for managing the resource of armed struggle in the aerospace sphere is proposed. The method of regulating its rational composition based on the unification of characteristics and system classification of intelligence assets is substantiated. It is advisable to regulate the rational type of intelligence equipment in accordance with the criterion of the minimum of the average risk of making classification decisions on the inclusion in its composition of products with tactical and technical characteristics corresponding to the required level of intelligence and information support for armed struggle in the implementation of methods of structural-informational and structural-system conduct of electronic intelligence.
Keywords: equipment samples type, intelligence and information support, electronic intelligence, intelligence structural-informational and structural-system methods, unified system of source data to ensure the implementation of the military-technical policy of the Russian Federation.
УДК 378 ГРНТИ 14.35.07
ВОЕННО-ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ КОМПЕТЕНЦИИ: ПОНЯТИЕ И СТРУКТУРА
Е.И. МЕЩЕРЯКОВА, доктор педагогических наук, профессор Н.А. ДЕДИК Р.Ю. БОБРОВА
В статье на основе анализа сложившихся в отечественной педагогической науке представлений о содержании и структуре профессиональных компетенций предлагается авторский подход к определению понятия «военно-профессиональные компетенции», которые рассматриваются как целостный феномен. Приводится краткая характеристика выделяемых в структуре военно-профессиональных компетенций курсантов когнитивного, ценностно-мотивационного и операционально-деятельностного компонентов. Определяются направления дальнейшего изучения проблемы формирования военно-профессиональных компетенций курсантов в образовательном процессе военных вузов.
Ключевые слова: компетенции, военно-профессиональные компетенции, когнитивный компонент, ценностно-мотивационный компонент, операционально-деятельностный компонент.
Введение. В своем обращении к Федеральному Собранию Российской Федерации (2021 год) Верховный главнокомандующий В.В. Путин отметил, что Вооруженные силы нашей страны активно перевооружаются и к 2024 году доля новейших образцов вооружений в войсках превысит 76 %, а для современных образцов вооружений армии необходимы профессиональные кадры, подготовка которых должна быть в приоритете [1]. В условиях утвердившейся в современном российском образовании компетентностной парадигмы особенно важное значение приобретает исследование проблем, связанных с формированием компетентных военных специалистов, офицеров Вооруженных сил Российской Федерации, обладающих таким уровнем сформированности профессиональных компетенций, способностями и готовностью к их реализации в повседневной военно-профессиональной деятельности, который гарантирует не только надлежащее исполнение обязанностей по защите Отечества, но и постоянное развитие и совершенствование личностно-профессиональных качеств военнослужащих. В этом заключается залог успешного освоения новых и новейших образцов вооружений, поступление в войска которых в связи со стремительным развитием науки и техники, информатизацией и цифровизацией всех сфер жизнедеятельности не прекратится, а будет происходить нарастающими темпами.
Актуальность. Формирование компетенций курсантов в образовательном процессе военных вузов является основой достижения выпускниками - офицерами Вооруженных сил России высокого уровня компетентности специалиста-профессионала по мере приобретения опыта несения военной службы. Результаты исследований, связанных с формированием компетенций в образовательном процессе вузов, с соотношением понятий «компетенции» и «компетентность», в последние десятилетия нашли отражение в сотнях диссертационных работ и тысячах научных статей. Однако говорить с уверенностью о том, что в научном сообществе педагогов-исследователей достигнуто единство в понимании указанных феноменов, а также о том, что разрешены педагогические проблемы, возникающие в процессе формирования
компетенций и становления (развития) компетентности, еще преждевременно. В связи с этим особую актуальность и значимость в контексте решения проблем подготовки курсантов -будущих военных специалистов к эффективному, грамотному и обоснованному исполнению служебного долга в процессе осуществления военно-профессиональной деятельности сохраняют исследования, в которых изучаются и раскрываются возможности эффективного формирования компетенций курсантов в образовательном процессе военных вузов.
Ключевым феноменом исследования формирования компетенций в образовательном процессе военных вузов являются военно-профессиональные компетенции. В связи с этим возникает необходимость конкретизировать понятие «военно-профессиональные компетенции», определив его как особый вид компетенций. Для этого нужно обратиться к содержательному наполнению понятия «компетенции», характеристике видов компетенций, к их структурированию.
Стремительное повышение интереса к использованию компетентностного подхода к образованию на рубеже ХХ-ХХ1 веков нашло отражение во множестве научных исследований, где к настоящему времени содержатся уже сотни определений понятий «компетенция», «компетентность» и связанных с ними дефиниций, конкретизированных в соответствии с целями проводимых исследований. Действительно, в зависимости от области профессиональной деятельности исследователя, сферы профессиональной подготовки будущих специалистов, специфики образования и многих других обстоятельств в научный оборот вводятся конкретизированные понятия, отражающие позицию каждого исследователя. Подробный анализ генезиса понятия «компетенция» выходит за рамки проводимого исследования, так как он занял бы слишком много времени. Ведь начинать исследование пришлось бы примерно с IV века до нашей эры, когда, как считает одна из основоположников компетентностного подхода в отечественном образовании И.А. Зимняя, Аристотель (384-322 гг. до н.э.) изучал «силу, которая развивалась и совершенствовалась до такой степени, что стала характерной чертой личности» [2, с. 155], он называл ее «^еге» от греческого слова, обозначающего «возможности состояния человека». И до настоящего времени в научном педагогическом сообществе ведутся дискуссии о том, как определить и структурировать компетенции, что общего и в чем различия в понятиях «компетенция» и «компетентность».
Так, например, на основе глубокого анализа процесса становления компетентностного подхода и понятий компетентности, содержащихся в трудах современных отечественных ученых, исследователи Н.Н. Колодкина и А.Д. Черемухин приходят к выводам [3, с. 24-26]:
1) «о множественности трактовок термина «компетенция», причем наиболее часто у российских исследователей встречаются выделенные авторами 26 подходов к определению понятия;
2) «о рассогласованности мнений различных отечественных ученых о содержании и структуре компетенции как объекта исследования»;
3) о том, что «необходимо разработать и утвердить на государственном уровне единую трактовку всех понятий, используемых в рамках педагогического процесса в современной высшей школе».
Тем самым исследователи соглашаются с выводом, сформулированным несколько ранее А.А. Рыбаковой (2009 год): «в настоящий момент отсутствует однозначная трактовка понятий «компетентность» и «компетенция», расходятся мнения ученых относительно соотношения данных категорий, их классификации и видов» [4, с. 52].
Конкретизация любого понятия предполагает проведение анализа более общих определений, а также аналогичных частных определений, что составляет теоретическую базу процесса конкретизации. В нашем исследовании в качестве общих определений понятия « компетенция» были использованы несколько десятков дефиниций, содержащихся в педагогических исследованиях, соответствующих общей педагогике, наиболее важными из которых стали следующие:
1) компетенция - это «свойства, качества личности, определяющие ее способность к выполнению деятельности на основе приобретенных знаний и сформированных навыков и умений» (Э.Г. Азимов) [5, с. 107];
2) компетенция - это «совокупность взаимосвязанных качеств личности (знаний, умений, навыков, способов деятельности), задаваемых по отношению к определенному кругу предметов и процессов и необходимых для качественной продуктивной деятельности по отношению к ним» (А.В. Хуторской) [6, с. 8] и др.
На рубеже веков (1999 год) определение понятия «компетенция» получило и нормативное закрепление: в Приказе Минобразования РФ от 14 сентября 1999 г. № 286 «Об утверждении макетов государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и требований (федерального компонента) к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки выпускников» «под компетенцией понимается комплексная характеристика готовности выпускника применять полученные знания, умения и личностные качества в стандартных и изменяющихся ситуациях профессиональной деятельности» [7, с. 8].
В изученных нами исследованиях, где в качестве объекта определяется образовательный процесс военных вузов, а в качестве предметов - различные направления формирования компетенций у курсантов, выделить внятное определение понятия профессиональных компетенций военнослужащих крайне сложно, так как в них либо:
1) «переплетаются» компетентность и компетенции, как это происходит, например, в работе В.А. Глебова, где сущность компетенций не показана (автор ограничивается только их перечнем), а сами компетенции не определяются совсем, но с их помощью определяется компетентность: «под компетентностью понимается комплексный ресурс личности, который обеспечивает возможность эффективного взаимодействия с окружающим миром в той или иной сфере деятельности и который зависит от необходимого для этого набора компетенций» [8, с. 3-4];
2) не разграничиваются (характеризуются как целое и часть) понятия «профессиональные компетенции» и «профессиональная компетентность», как это делает, например, в диссертационном исследовании А.С. Родионов, для которого «понятие «профессиональные компетенции» является составной частью военно-профессиональной компетентности будущих офицеров в военном вузе» [9, с. 22].
Проанализировав различные по смыслу, содержанию, научной глубине определения понятий «компетенции», «профессиональные компетенции», «профессиональные компетенции военнослужащих», мы конкретизируем определение понятия «военно-профессиональные компетенции курсантов» и представляем его следующим образом: военно-профессиональные компетенции курсантов - это совокупность взаимосвязанных профессионально-личностных качеств, формирующихся в образовательном процессе военного вуза и определяющих способность курсантов к осуществлению военно-профессиональной деятельности на основе полученных знаний, приобретенных умений и навыков, которые нормативно закреплены в качестве требований к образовательной подготовке будущих военных специалистов.
Представленное таким образом определение понятия «военно-профессиональные компетенции курсантов» позволяет выделять из совокупности взаимосвязанных профессионально-личностных качеств отдельные составляющие, структурировать компетенции, характеризовать процесс их формирования. Однако именно для военно-профессиональных компетенций особенно важно акцентировать их нормативное закрепление в качестве требований к их профессиональной подготовке.
Распределение компетенций по группам может осуществляться с использованием различных классификационных признаков. Например, исследователями выделяются: 1) общие (ключевые, универсальные) и предметно-специализированные компетенции (И.Ю. Тарханова) [10, с. 14]; 2) ключевые, общепредметные, предметные компетенции как трехуровневая иерархия компетенций (А.В. Хуторской) [6, с. 9]; 3) информационные, коммуникативные, ролевые, самосовершенствования (Г.А. Сергеев) [11, с. 11] и др.
Результаты научных исследований и обобщение педагогической практики нашли отражение в Федеральных государственных образовательных стандартах высшего образования (так называемых стандартах 3++), где компетенции, которые должны быть сформированы в результате освоения программы обучения, распределяются по трем группам: универсальные, общепрофессиональные и профессиональные. При этом универсальные компетенции объединяются в группы и закрепляются в стандартах по соответствующим направлениям подготовки (системное и критическое мышление; межкультурное взаимодействие; самоорганизация и саморазвитие и др.). Общепрофессиональные компетенции устанавливаются программами подготовки специалистов (способность применять теоретические знания, знания российского законодательства и др.; способность применять современные технологии и методы оперативного управления и др.).
Что касается профессиональных компетенций, то они определяются образовательной организацией самостоятельно. Мы провели анализ Квалификационных требований к военно-профессиональной подготовке, разработанных в «Военном учебно-научном центре Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (ВУНЦ ВВС «ВВА») для выпускников нескольких факультетов. Такой анализ показал, что для различных направлений подготовки будущих военных специалистов структура профессиональных компетенций, определяемых военной образовательной организацией, примерно одинаковая. Это позволяет нам проводить дальнейший анализ на примере двух очень разных военных специальностей:
1) военной специальности «Кадровая и организационно-мобилизационная работа». Эта военная специальность включена в укрупненную группу специальностей и направлений подготовки 56.00.00 Военное управление, специальность 56.05.04 Управление персоналом (Вооруженные силы Российской Федерации, другие войска, воинские формирования и приравненные к ним органы Российской Федерации), специализация Штабная и организационно-мобилизационная работа (далее - ВС 56.05.04);
2) военной специальности «Применение подразделений и эксплуатация средств инженерно-аэродромного обеспечения полетов авиации». Эта военная специальность включена в укрупненную группу специальностей и направлений подготовки 08.00.00 Техника и технология строительства, специальность 08.05.02 Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей, специализация № 3 Строительство (реконструкция), эксплуатация и восстановление аэродромов государственной авиации (далее - ВС 08.05.02).
Для будущих офицеров - специалистов в области военного управления (ВС 56.05.04) Квалификационными требованиями применительно к достижению военно-профессиональных компетенций установлены требования, различающиеся в зависимости от определенных типов задач военно-профессиональной деятельности: служебный (боевая и повседневная деятельность, военно-политическая работа) и организационно-управленческий.
Первому типу задач соответствуют, например, такие компетенции: способен организовывать мероприятия, обеспечивающие постоянную боевую готовность авиационных подразделений и частей ВВС к выполнению боевых задач в различных условиях обстановки (ВП.ПК-1); способен организовывать и осуществлять радиационную, химическую и биологическую защиту подразделений в различных условиях (ВП.ПК-3); способен осуществлять военно-профессиональную деятельность по организации эффективной, безопасной эксплуатации базовых шасси вооружения, военной и специальной техники и управлять транспортными средствами (ВП.ПК-7) и др.
Второму типу задач соответствуют такие компетенции: способен разрабатывать конкретные варианты решения проблем по организации полетов авиации, связанные с эксплуатацией авиационной техники, авиационного вооружения ... (ВП.ПК-8); способен
организовывать применение средств связи и автоматизации управления для эффективного руководства подразделениями (ВП.ПК-9).
Для будущих офицеров - специалистов в области строительства, эксплуатации, восстановления и технического прикрытия автомобильных дорог, мостов и тоннелей техники и технологии строительства (ВС 08.05.02) Квалификационными требованиями применительно к достижению военно-профессиональных компетенций установлены требования, распределенные по двум группам в соответствии с задачами военно-профессиональной деятельности: первая группа - военно-профессионально ориентированные общепрофессиональные компетенции; вторая группа - военно-профессионально ориентированные профессиональные компетенции.
В первую группу включена такая компетенция: способен использовать базисные ценности, законы, категории и методы гуманитарных и социальных наук в военно-научном познании и практике (ВП.ОПК-1). Во вторую группу включены, например, такие компетенции: способен организовывать мероприятия, обеспечивающие постоянную боевую готовность авиационных подразделений и частей ВВС к выполнению боевых задач в различных условиях обстановки (ВП.ПК-1); способен обеспечивать высокую строевую выучку (ВП.ПК-5); способен эффективно участвовать в организации и проведении мероприятий информационного обеспечения военной деятельности при выполнении своих должностных обязанностей (ВП.ПК-10) и др.
Структурирование военно-профессиональных компетенций предполагает выделение в содержании компетенций отдельных компонентов. В отечественных психолого-педагогических исследованиях определяются различные подходы к структурированию профессиональных компетенций. Среди наиболее значимых для настоящего исследования выделим следующие определяемые и описываемые исследователями в своих работах компоненты профессиональных компетенций:
1) когнитивный, операционно-технологический, мотивационный, этический, социальный и поведенческий (В.И. Байденко) [12];
2) гносеологический, ценностно-смысловой, деятельностный и личностный (А.К. Маркова) [13];
3) когнитивный (знание и понимание), деятельностный (практическое и оперативное применение знаний) и ценностный (Ю.Г. Татур) [14];
4) ценностный, когнитивный и деятельностный (Н.Ю. Данилова) [15].
Внимательное изучение позиций исследователей, аргументирующих выделение
структурных компонентов компетенций, анализ военно-профессиональных компетенций, содержащихся в Квалификационных требованиях, в соответствии с которыми осуществляется подготовка будущих специалистов в ВУНЦ ВВС «ВВА», в других военных вузах, отдельные из которых (компетенции) приведены ранее, а также следование данному в настоящей работе конкретизированному определению понятия «военно-профессиональные компетенции курсантов» позволяют выделить следующие компоненты структуры таких компетенций:
1) когнитивный (знаниевый), являющийся базовым для системы компетенций. В этом компоненте представлены актуальные интегрированные знания, определяемые как форма существования и систематизации результатов познавательной деятельности курсантов, а также способности: а) к их постоянному приобретению, накоплению, совершенствованию, к анализу различных профессиональных ситуаций с использованием знаний; б) к осознанному (т.е. основанному, главным образом, на полученных знаниях) ценностному восприятию действительности; в) к мотивированному военно-профессиональному и обыденному поведению (связь с ценностно-мотивационным компонентом); г) к совершению грамотных, продуманных, основанных на полученных знаниях и приобретенном опыте военно-профессиональных действий (связь с операционально-деятельностным компонентом);
2) ценностно-мотивационный, в котором находят отражение профессионально-личностные качества, связанные с восприятием курсантами избранной военной профессии как
важнейшей жизненной ценности, с пониманием значимости военно-профессиональной деятельности для защиты Отечества от внешней угрозы, с их желанием совершать действия, диктуемые необходимостью решения задач, на максимально высоком уровне, достигать при этом наилучшего результата и др. Важно отметить, что высокому уровню сформированности ценностно-мотивационного компонента компетенций, к которому должны стремиться курсанты, соответствует «постоянная, осознанная, эмоционально окрашенная потребность в постоянном личностном и профессиональном самосовершенствовании» (Е.Г. Гуцу, Е.И. Смирнова) [16];
3) операционально-деятельностный, который включает приобретенные будущими военными специалистами умения и навыки, а также способности их использовать для решения задач военно-профессиональной деятельности в самых разных по сложности и скорости выполнения действий операциях. Сосредоточенные в этом компоненте умения и навыки должны не только обеспечивать успешное осуществление профессиональных действий посредством выполнения операций с использованием уже приобретенных умений и навыков, но и обеспечивать потребности военного специалиста в овладении новыми (связь с ценностно-мотивационным компонентом), в познании новых способов, средств и технологий выполнения военно-профессиональных действий, включающих новые, незнакомые, но требующие понимания и изучения операций (связь с когнитивным компонентом).
Представляя структурные компоненты военно-профессиональных компетенций, мы акцентировали внимание на существовании тесной связи между компонентами структуры. Такой взаимосвязью обеспечивается целостность военно-профессиональных компетенций, которая находит выражение в том, что объединение выделенных компонентов (когнитивного, ценностно-смыслового, операционально-деятельностного) в единое целое носит необходимый характер. В связи с этим уместно привести следующее утверждение: «Характерной особенностью целостности как определенной системы является то, что объединение соответствующих частей происходит под эгидой целого ... именно целое, объединяя свои части, определяет их сущность, содержание и формы, функциональное назначение и роль в составе целостной системы, формы и способы их взаимодействия» (И.А. Полещук) [17].
Выводы. В процессе проведения исследования изучение и анализ различных подходов к определению понятия «компетенции» и их содержательного наполнения, а также к структурированию компетенций позволили конкретизировать понятие «военно-профессиональные компетенции». При этом конкретизация проведена с учетом специфики подготовки будущих офицеров в образовательном процессе военных вузов. Военно-профессиональные компетенции курсантов характеризуются как совокупность взаимосвязанных профессионально-личностных качеств, формирующихся в образовательном процессе военного вуза и определяющих способность курсантов к осуществлению военно-профессиональной деятельности на основе полученных знаний, приобретенных умений и навыков, которые нормативно закреплены в качестве требований к образовательной подготовке будущих военных специалистов. В совокупности обозначенных взаимосвязанных профессионально-личностных качеств курсантов, которые определяются и исследуются как целостное образование, выделяются отдельные структурные компоненты: когнитивный, ценностно-мотивационный и операционально-деятельностный. Важно подчеркнуть, что объединение выделенных компонентов в единое целое осуществляется, прежде всего, в соответствии с сущностно-содержательными признаками компетенций.
Конкретизация понятия «военно-профессиональные компетенции» и структурирование этого феномена - это лишь одна из составляющих исследования сложной, актуальной, многоаспектной проблемы подготовки высококвалифицированных специалистов для Вооруженных сил Российской Федерации. В аспекте формирования военно-профессиональных компетенций курсантов в связи с уже полученными и представленными в настоящей статье результатами исследования необходимо: изучить процесс формирования военно-
профессиональных компетенций, выявить те факторы, которые оказывают на него влияние, разработать педагогическую модель формирования именно этого вида компетенций - военно-профессиональных с учетом его специфики, представить те педагогические условия, которые необходимо создать для обеспечения целенаправленного и успешного формирования компетенций и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Послание Президента РФ Федеральному Собранию от 21.04.2021. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kremlin.ru/acts/bank/46794 (дата обращения 30.01.2022).
2. Зимняя И.А. Ключевые компетентности как результативно-целевая основа компетентностного подхода. Москва: Исследовательский центр подготовки специалистов, 2004. 38 с.
3. Колодкина Н.Н., Черемухин А.Д. О множественности трактовок термина «компетенция» // Карельский научный журнал. 2016. Т. 5. № 4. С. 24-28.
4. Рыбакова А.А. Сущность понятий «компетенция» и «компетентность»: от количественного измерения к качественному наполнению // Наука. Инновации. Технологии. 2009. № 2. С. 51-57.
5. Азимов Э.Г., Щукин А.Н. Новый словарь методических терминов и понятий (теория и практика обучения языкам). Москва: Издательство ИКАР, 2009. 448 с.
6. Хуторской А.В. Определение общепредметного содержания и ключевых компетенций как характеристика нового подхода к конструированию образовательных стандартов // Вестник Института образования человека. 2011. № 1. С. 1-13.
7. Приказ Минобразования РФ от 14 сентября 1999 г. № 286 «Об утверждении макетов государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и требований (федерального компонента) к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки выпускников». [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://base.garant.ru>1586475/ (дата обращения 30.01.2022).
8. Глебов В.А. Сущность профессиональных компетенций курсантов военного вуза // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. С. 170-171.
9. Родионов А.С. Формирование военно-профессиональных компетенций будущих офицеров в военном вузе средствами информационно-технологического обеспечения физической подготовки: дисс. ... канд. пед. наук. Орел, 2019. 181 с.
10. Измерение и оценка сформированности универсальных компетенций обучающихся при освоении образовательных программ бакалавриата, магистратуры, специалитета: коллективная монография / под. науч. ред. д.п.н. И.Ю. Тархановой. Ярославль: РИО ЯГПУ, 2018. 383 с.
11. Сергеев И.С., Блинов В.И. Как реализовать компетентностный подход на уроке и во внеурочной деятельности: практическое пособие. Москва: АРКТИ, 2007. 129 с.
12. Байденко В.И. Выявление состава компетенций выпускников вузов как необходимый этап проектирования ГОС ВПО нового поколения. Москва: Исслед. центр проблем качества подгот. специалистов, 2006. 55 с.
13. Маркова А.К. Психология профессионализма. Москва: Междунар. гуманитар. фонд «Знание», 1996. 312 с.
14. Татур Ю.Г. Компетентностный подход в описании результатов и проектировании стандартов высшего профессионального образования. Москва: Исслед. центр проблем качества подгот. специалистов, 2004. 16 с.
15. Данилова Н.Ю. Компоненты профессиональных компетенций и пути их формирования у студентов - будущих педагогов // Вестник Ленинградского государственного университета им. А.С. Пушкина. 2017. № 2. С. 258-267.
16. Гуцу Е.Г., Смирнова Е.И. Мотивационно-ценностный компонент в структуре профессиональной компетенции преподавателя вуза: критерии и уровни развития // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=23101 (дата обращения 30.01.2022).
17. Полещук И.А. Принцип целостности // Современные инновации. 2015. № 2 (2). С. 64-67.
REFERENCES
1. Poslanie Prezidenta RF Federal'nomu Sobraniyu ot 21.04.2021. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.kremlin.ru/acts/bank/46794 (data obrascheniya 30.01.2022).
2. Zimnyaya I.A. Klyuchevye kompetentnosti kak rezul'tativno-celevaya osnova kompetentnostnogo podhoda. Moskva: Issledovatel'skij centr podgotovki specialistov, 2004. 38 p.
3. Kolodkina N.N., Cheremuhin A.D. O mnozhestvennosti traktovok termina «kompetenciya» // Karel'skij nauchnyj zhurnal. 2016. T. 5. № 4. pp. 24-28.
4. Rybakova A.A. Suschnost' ponyatij «kompetenciya» i «kompetentnost'»: ot kolichestvennogo izmereniya k kachestvennomu napolneniyu // Nauka. Innovacii. Tehnologii. 2009. № 2. pp. 51-57.
5. Azimov 'E.G., Schukin A.N. Novyj slovar' metodicheskih terminov i ponyatij (teoriya i praktika obucheniya yazykam). Moskva: Izdatel'stvo IKAR, 2009. 448 p.
6. Hutorskoj A.V. Opredelenie obschepredmetnogo soderzhaniya i klyuchevyh kompetencij kak harakteristika novogo podhoda k konstruirovaniyu obrazovatel'nyh standartov // Vestnik Instituta obrazovaniya cheloveka. 2011. № 1. pp. 1-13.
7. Prikaz Minobrazovaniya RF ot 14 sentyabrya 1999 g. № 286 «Ob utverzhdenii maketov gosudarstvennyh obrazovatel'nyh standartov vysshego professional'nogo obrazovaniya i trebovanij (federal'nogo komponenta) k obyazatel'nomu minimumu soderzhaniya i urovnyu podgotovki vypusknikov». ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://base.garant.ru>1586475/ (data obrascheniya 30.01.2022).
8. Glebov V.A. Suschnost' professional'nyh kompetencij kursantov voennogo vuza // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2013. № 5. pp. 170-171.
9. Rodionov A.S. Formirovanie voenno-professional'nyh kompetencij buduschih oficerov v voennom vuze sredstvami informacionno-tehnologicheskogo obespecheniya fizicheskoj podgotovki: diss. ... kand. ped. nauk. Orel, 2019. 181 p.
10. Izmerenie i ocenka sformirovannosti universal'nyh kompetencij obuchayuschihsya pri osvoenii obrazovatel'nyh programm bakalavriata, magistratury, specialiteta: kollektivnaya monografiya / pod. nauch. red. d.p.n. I.Yu. Tarhanovoj. Yaroslavl': RIO YaGPU, 2018. 383 p.
11. Sergeev I.S., Blinov V.I. Kak realizovat' kompetentnostnyj podhod na uroke i vo vneurochnoj deyatel'nosti: prakticheskoe posobie. Moskva: ARKTI, 2007. 129 p.
12. Bajdenko V.I. Vyyavlenie sostava kompetencij vypusknikov vuzov kak neobhodimyj 'etap proektirovaniya GOS VPO novogo pokoleniya. Moskva: Issled. centr problem kachestva podgot. specialistov, 2006. 55 p.
13. Markova A.K. Psihologiya professionalizma. Moskva: Mezhdunar. gumanitar. fond «Znanie», 1996. 312 p.
14. Tatur Yu.G. Kompetentnostnyj podhod v opisanii rezul'tatov i proektirovanii standartov vysshego professional'nogo obrazovaniya. Moskva: Issled. centr problem kachestva podgot. specialistov, 2004. 16 p.
15. Danilova N.Yu. Komponenty professional'nyh kompetencij i puti ih formirovaniya u studentov - buduschih pedagogov // Vestnik Leningradskogo gosudarstvennogo universiteta im. A.S. Pushkina. 2017. № 2. pp. 258-267.
16. Gucu E.G., Smirnova E.I. Motivacionno-cennostnyj komponent v strukture professional'noj kompetencii prepodavatelya vuza: kriterii i urovni razvitiya // Sovremennye problemy nauki i
obrazovaniya. 2015. № 2-2. рБ1екгоппу| геБиге]. Я^Ыш ёоБШра: ЬйрвУ/ваепсе-education.ru/ru/artic1e/view?id=23101 (ёа1а оЬгавсЬешуа 30.01.2022).
17. Ро^Лик 1.А. Princip celostnosti // Sovremennye innovacii. 2015. № 2 (2). рр. 64-67.
© Мещерякова Е.И., Дедик Н.А., Боброва Р.Ю., 2022
ы Э1
и
UDK 378 GRNTI 14.35.07
military-professional competencies: concept and structure
E.I. MESCHERYAKOVA, Doctor of Pedagogical Sciences, Professor N.A. DEDIK R.Y. BOBROVA
The author's approach to the definition of the concept of «military-professional competencies», which are considered as an integral phenomenon, is proposed in the article based on the analysis of the ideas that have developed in Russian pedagogical science about the content and structure of professional competencies. A brief description of the cognitive, value-motivational and operational-activity components allocated in the structure of military-professional competencies of cadets is given. The directions of further study of the problem of the formation of military professional competencies of cadets in the educational process of military universities are determined.
Keywords: competencies, military-professional competencies, cognitive component, value-motivational component, operational-activity component.
ы g'
и
УДК 37.01 ГРНТИ 14.35.01
ПРОБЛЕМА ПРОДЛЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ДОЛГОЛЕТИЯ ВОЕННЫХ АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ: ОПЫТ АНАЛИЗА
A.В. ПОЛУЯН, кандидат педагогических наук, доцент П.Н. ПРИХОДЬКО, кандидат педагогических наук
B.Б. КОЧЕНКОВ, кандидат педагогических наук В.В. ФЕДОРОВ
Рассмотрена сущность понятия «профессиональное долголетие специалиста», проанализированы факторы, влияющие на профессиональное долголетие военных авиационных специалистов. Установлено, что основанием для профессионального долголетия военных авиационных специалистов является качественная физическая подготовка и работа по сохранению и укреплению здоровья на протяжении всего профессионального пути. Выявлены основные направления работы в данном направлении: качественное комплектование кадров, организационно-педагогические условия осуществления данного процесса в военном вузе, создание здоровьесберегающей среды воинского коллектива в действующей армии.
Ключевые слова: профессиональное долголетие специалиста, профессиональное долголетие военного авиационного специалиста, физическая подготовленность, здоровьесберегающая среда воинского коллектива.
Введение. Глубина и динамика политических, экономических и социальных преобразований, проходивших в России за последние десятилетия, способствовали кардинальным изменениям во всех сферах жизнедеятельности общества. Переход к новому социально-экономическому строю сопровождался глубоким кризисом, в 1990-х годах значительно ухудшился уровень жизни населения, возросли показатели смертности, снизилась рождаемость, назрела беспрецедентная в мировом масштабе демографическая проблема. В данный период происходит трансформация ценностных ориентаций населения, меняются ментальные устои российского общества, происходит падение общей культуры, в результате чего значительно снижаются показатели здоровья подрастающего поколения, в молодежной среде прогрессирует табакокурение, наркомания, гиподинамия, растет число подростков с асоциальными и девиантными формами поведения.
Ухудшение состояния здоровья молодежи призывного возраста негативно сказывается на комплектовании Вооруженных сил РФ, что, в частности, выражено в ежегодном сокращении количества кандидатов для поступления в военные авиационные вузы, пригодных к обучению по состоянию здоровья и успешно справляющихся с тестами профессионального отбора [1]. В исследованиях А.В. Шаброва, С.В. Рищука, В.Е. Мирского, Е.В. Илларионовой показано, что более 40 % юношей допризывного возраста не готовы к выполнению задач военной службы по состоянию здоровья и уровню физического развития [2]; В.Б. Коченков диагностировал, что 60 % молодежи призывного возраста с трудом адаптируются к жизнедеятельности в воинском коллективе и нормативным физическим нагрузкам [3]; А.В. Белошицкий, А.А. Шевчук, П.Н. Приходько пишут о значимости сохранения и укрепления здоровья курсантов в военно-образовательном процессе [4], А.Р. Мельник выявил тенденцию убыли офицерского состава по
состоянию здоровья [5], которая составляет около 7 тысяч военнослужащих ежегодно, что подтверждается исследованиями других авторов [6].
Становится очевидным, что ухудшение здоровья нации, снижение уровня физической подготовленности молодежи призывного возраста, уменьшение объема двигательной активности обучающихся довузовских образовательных учреждений негативно отражаются на комплектовании Вооруженных сил, в частности, на количественных и качественных показателях призывного ресурса, что, в свою очередь, отрицательно влияет на обороноспособность и национальную безопасность государства.
Актуальность. В современных Вооруженных силах России в результате реформирования системы военного образования подготовка военно-профессиональных кадров сосредоточена в системообразующих вузах Министерства обороны. Так, в Военном учебно-научном центре Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» ведется подготовка летного состава, слушателей и инженеров наземного обеспечения полетов. Командование Воздушно-космических сил и руководство академии уделяют значительное внимание вопросам сохранения и укрепления профессионального здоровья военнослужащих, организации профилактических и лечебно-диагностических мероприятий, определению степени годности к руководству и управлению полетами, выполнению полетных заданий в соответствии с предназначением [7, 8].
Подготовка и эксплуатация воздушных судов относятся к одному из наиболее энергозатратных видов деятельности. Установлено, что служебная деятельность военных авиационных специалистов сопряжена со значительными умственными, психическими и физическими перегрузками, оказывающими негативное влияние на здоровье и профессиональное долголетие военнослужащих. Это выполнение полетных задач на предельно высоких скоростях в условиях высокой маневренности, подготовка авиационной техники в сложных погодных условиях, обеспечение полетов в ночное время суток, высокая интенсивность образовательного процесса, что с развитием техники и вооружения только усложняется и требует все более высокого качества подготовки военных авиационных специалистов. В связи с этим особую актуальность приобретает научно-исследовательский поиск, направленный на совершенствование теоретико-методологических положений, касающихся проблемы сохранения и укрепления здоровья военнослужащих; на изучение совокупности факторов, оказывающих негативное воздействие на профессиональное долголетие военных авиационных специалистов; на расширение диапазона средств педагогического взаимодействия в процессе их подготовки в военных вузах, что в целом должно способствовать профессиональному долголетию военных авиационных специалистов.
Понятие профессионального долголетия специалиста - широко исследуемая сегодня характеристика как в гражданских, так и в военных специальностях и сферах деятельности. В самом общем виде она представляет собой способность человека выполнять свои профессиональные функции с высокой степенью эффективности и интенсивности на протяжении всего времени, отведенного для профессиональной деятельности с точки зрения требований возрастных норм и ограничений. Поэтому, с одной стороны, вопросы профессионального долголетия связаны с увеличением продолжительности жизни и пенсионного возраста; с другой - обусловлены большими затратами на подготовку специалиста, который в силу своей возможной мобильности не всегда остается работать по специальности; с третьей, проблема продления профессионального долголетия - это еще и проблема невозможности замены стареющих кадров на новые, а в случае с авиационными специалистами - выбывших в связи с потерями в боевых действиях.
Вопросы продления профессионального долголетия специалистов военного дела достаточно широко и многогранно освещены в работах отечественных ученых. Так, в фундаментальных работах А.А. Боченкова, В.И. Шостака, А.Н. Глушко по психофизиологии военно-профессиональной деятельности выделена и исследована психоэмоциональная
напряженность, как фактор, оказывающий существенное влияние на здоровье военнослужащих и их профессиональное долголетие [9]; Г.А. Батищева, Ю.Н. Чернов и др. изучали возрастные особенности профессионального здоровья летного состава [10]; специалисты по физической подготовке (Кадяшкин Д.А., Частихин А.А., Засядько К.И., Невзорова Е.В., Вонаршенко А.П. и др.) раскрыли зависимость формирования профессионально важных качеств военного специалиста от уровня физической подготовленности [11, 12]; В.Ю. Рыбников, Г.П. Ступаков, В.Г. Сыроватко, О.Т. Балуева в рамках исследований по авиационной антропоэкологии обосновали эффективность профессиональной деятельности, связав ее с функциональной надежностью военных специалистов [13, 14]; в работах И.Б. Ушакова, А.В. Богомолова, Ю.А. Кукушкина показано, что 90 % ошибочных действий в боевой обстановке происходит вследствие ухудшения психофизиологического и физиологического состояния личного состава [15], в связи с чем в работах Иванова И.В., Полякова М.В., Джергения С.Л., Желтого О.П. описаны психофизиологические методики для оценки функционального состояния военнослужащих [16].
Анализ многочисленных научных исследований по вопросам подготовки военно-профессиональных кадров позволил предположить, что для решения проблемы профессионального долголетия военнослужащих целесообразно выявить факторы, оказывающие негативное влияние на профессиональную деятельность военных авиационных специалистов.
В процессе профессиональной деятельности военнослужащие ежедневно сталкиваются с воздействием неблагоприятных факторов воинской среды, основными среди которых являются: ненормированная продолжительность рабочего дня, субординационный характер взаимоотношений в воинском коллективе, выполнение специальных обязанностей военной службы в ограниченно-замкнутом пространстве, высокая нервно-психическая напряженность, социальная ответственность за выполнение воинского долга. Все названные позиции ведут к повышению риска возникновения стрессогенных ситуаций, снижению показателей функционального состояния, возникновению предпосылок для нарушения психического здоровья, что, как следствие, ведет к сокращению профессионального долголетия. Становится очевидным, что исполнение служебно-должностных обязанностей военной службы относится к одному из наиболее трудоемких видов деятельности, требующих от военнослужащих мобилизации всех внутренних ресурсов организма. Таким образом, особую значимость приобретает научный поиск, направленный на разработку и внедрение в процесс подготовки военно-профессиональных кадров здоровьесберегающих технологий, современных методик, основанных на сохранении и укреплении функциональных свойств и природных задатков человека, на формирование у него навыка поддержания психического здоровья, которое основано на душевном равновесии, умении владеть собой, способности быстро приспосабливаться к сложным ситуациям и преодолевать их, восстанавливаясь в короткие сроки.
На наш взгляд, одним из внутренних механизмов саморегуляции психофизиологических процессов, обеспечивающих полноценное функционирование организма человека, является целенаправленная двигательная активность, реализуемая в рамках физической подготовки.
В Вооруженных силах физическая подготовка является одним из основных элементов боевой готовности военнослужащих, способствует развитию основных физических качеств, формированию военно-прикладных навыков и является эффективным средством психоэмоциональной разгрузки. Высокий уровень физической подготовленности обеспечивает активизацию защитных функций организма, минимизируя воздействие неблагоприятных факторов военно-профессиональной деятельности.
Развитие общего уровня физической подготовленности военнослужащих осуществляется с помощью различных форм физической подготовки: утренней физической зарядки, практических учебно-тренировочных занятий, спортивно-массовой работы, тренировки в процессе учебно-боевой деятельности, самостоятельной физической тренировки.
Педагогическое наблюдение, анализ жизнедеятельности войсковых подразделений Центрального и Южного военных округов показывает, что в процессе учебного года не в полном объеме выполняется план физической подготовки. Это связано с большим отрывом личного состава от процесса плановой работы в связи с высокой интенсивностью боевой нагрузки на военнослужащих: служебные командировки, несение боевых дежурств, выполнение специальных обязанностей воинской службы, крупномасштабные учения, полевые выходы и иные внеплановые мероприятия обеспечения жизнедеятельности воинских подразделений. Важно отметить, что в воинских частях постоянной боевой готовности личный состав более 35 % служебного времени находится за пределами мест постоянной дислокации, это обусловлено необходимостью поддержания высокого уровня боевой готовности подразделений и воинских частей. В местах временного размещения военнослужащих - в условиях военно-морской вахты, марша, полевого выхода, в палаточных городках, в отдельно стоящих подразделениях на отдаленных участках местности - организация и проведение плановых спортивно-массовых мероприятий затруднена в результате совокупности объективных факторов: значительный временной отрыв личного состава для несения боевых дежурств, сложные погодно-климатические условия, низкий уровень развития учебно-материальной базы, неразвитость спортивной инфраструктуры в регионе и др.
В сложившихся условиях возникают противоречия между потребностью Вооруженных сил РФ в высококвалифицированных специалистах военного дела, имеющих достаточный запас профессионального долголетия на основе высокого уровня физической подготовленности, способных самостоятельно спланировать здоровьесберегающую деятельность, и отсутствием педагогического инструментария, современных технологий и методик, адаптированных к повседневной жизнедеятельности военных авиационных специалистов, неразработанностью целостного подхода к их подготовке в образовательных учреждениях и дальнейшему сопровождению в военно-профессиональной деятельности.
Становится очевидным, что научный поиск, направленный на повышение качества подготовки военно-профессиональных кадров воздушно-космических сил (ВКС), обусловливает необходимость выявления и обоснования организационно-педагогических условий, способствующих сохранению и укреплению здоровья военнослужащих, обеспечивающих продление профессионального долголетия военных авиационных специалистов в дальнейшем.
В рамках исследуемой проблемы считаем возможным предположить, что эффективность педагогического процесса в военном вузе, направленного на формирование высокого уровня физической подготовленности, являющейся залогом профессионального долголетия военных авиационных специалистов, будет обусловливаться совокупностью внешне заданных факторов, реализуемых в определенном материальном и информационном пространстве -здоровьесберегающей среде (ЗСС) воинского коллектива.
Для подтверждения представленных теоретических положений и выявления причинно-следственных связей между профессиональным долголетием военных авиационных специалистов и целенаправленной здоровьесозидающей деятельностью, реализуемой в процессе педагогического взаимодействия командиров, специалистов физической подготовки, необходимо рассмотреть процесс формирования здоровьесберегающей среды в воинском коллективе.
«Среда», как междисциплинарная категория, достаточно широко и многогранно представлена в различных психологических и педагогических исследованиях отечественных и зарубежных ученых. В них охарактеризованы средовые процессы и явления, показана динамика изменения средовых процессов, раскрыты условия трансформации среды и ее роль в формировании различных сторон и качеств включенных в нее акторов. В педагогической антропологии среда, прежде всего, определяет процесс развития человека, способствует личностному самоопределению, раскрывает сущность феномена взаимоотношения человека и окружающего мира.
В контексте изучения проблемы профессионального долголетия военных авиационных специалистов под ЗСС воинского коллектива будем понимать:
комплекс педагогических мероприятий, направленных на сохранение и укрепление профессионального здоровья военнослужащих;
систему научных знаний, умений и навыков, обеспечивающих поддержание высокого уровня физической подготовленности военнослужащих;
совокупность ценностных ориентаций, мировоззренческих установок, оказывающих положительное влияние на профессиональное долголетие военных авиационных специалистов.
Важно отметить, что процесс формирования ЗСС осуществляется в рамках повседневной жизнедеятельности военнослужащих, в результате чего особую значимость приобретают внутренние процессы, происходящие в воинском коллективе.
В ходе исследования проблемы профессионального долголетия специалистов ВКС были выделены наиболее значимые социально-психологические явления, оказывающие влияние на формирование ЗСС: коллективное мнение, потребности и традиции воинского коллектива [4, 17].
Существенным фактором становления ЗСС воинского коллектива является совокупность оценочных суждений, взглядов, мнений, преобладающих в конкретном воинском коллективе, отражающих отношение военнослужащих к определенному виду здоровьесберегающей деятельности (закаливанию, утренней физической зарядке, соблюдению спортивного режима, культуры питания и т.д.) [5].
Основной задачей командиров, специалистов физической подготовки, спортивного актива подразделения является формирование осознанного коллективного мнения относительно сохранения и укрепления здоровья военнослужащих [11]. Реализация данного положения достигается за счет совместной целенаправленной деятельности, охватывающей весь воинский коллектив. Примером такой деятельности могут стать культурно-массовые походы на различные спортивные мероприятия (матчевые встречи по футболу, хоккею, волейболу и иным видам спорта), просмотр игр национальных команд, участие в спортивно-массовых мероприятиях в качестве участника, болельщика или волонтера.
При формировании ЗСС воинского коллектива важное значение приобретает совместное коллективное обсуждение наиболее значимых общественных явлений в спортивной жизни воинской части, представителей сборных команд по олимпийским видам спорта. При формировании коллективного мнения, каждый военнослужащий выражает свои эмоции, переживания, радость, успех, разочарования, проявляя при этом субъектную позицию относительно определенного вида деятельности. Принимая во внимание динамику изменения поведенческой реакции военнослужащих, важно отметить, что коллективное мнение обеспечивает формирование у военных авиационных специалистов не только социально значимых здоровьесберегающих знаний, умений и навыков, но и способствует развитию профессионально важных качеств.
Одним из социально-психологических явлений, оказывающих доминирующие влияние на формирование ЗСС воинского коллектива, являются коллективные потребности. Важно отметить, что в результате целенаправленного педагогического воздействия у военнослужащих формируются здоровьесберегающие коллективные потребности, обусловленные конкретными интересами, желаниями и целями. В процессе жизнедеятельности коллективные потребности трансформируются и приобретают форму личных потребностей, тем самым выполняя функцию мощного источника здоровьесберегающей активности.
В процессе формирования ЗСС воинского коллектива принципиальное значение имеет педагогическое руководство, направленное на постановку учебных целей, задач, требующих от коллектива значительных совместных усилий. В результате чего у каждого военнослужащего, с одной стороны, возникает внешняя необходимость к ведению здоровьесберегающей деятельности, обусловленной заданными требованиями программы учебной и боевой подготовки и внутренними потребностями; с другой стороны, к поддержанию высокого уровня
физической подготовленности, стремлению к саморазвитию и самореализации (выполнение квалификационных уровней, спортивных разрядов и званий).
Таким образом, становится очевидным, что педагогическое взаимодействие командиров, специалистов физической подготовки должно быть направленно на создание внешних условий, требующих от воинского коллектива максимальной концентрации усилий в достижении поставленных коллективных целей и стимулирование проявления внутренних, личностных потребностей, обеспечивающих продление профессионального долголетия военных авиационных специалистов в дальнейшем.
Наряду с ранее рассмотренными социально-психологическими явлениями, преобладающими в воинском коллективе, значительное влияние на формирование ЗСС оказывают коллективные традиции.
В психолого-педагогических исследованиях термин «традиция» рассматривается, как источник накопления, передачи духовных ценностей, знаний, умений и навыков, имеющих социально важное значение для последующих поколений [5]. В свою очередь, коллективные традиции отражают направленность деятельности группы людей, объединяя в себе коллективное мнение, потребности, желания, цели, и характеризуют степень сплоченности группы и ее готовности к выполнению профессионально значимых задач. Сплоченность в данном случае подразумевает слитность, целостность, взаимозаменяемость, которые основаны на качественной профессиональной подготовке и психологической готовности действовать сообща.
Основу здоровьесберегающих традиций воинского коллектива составляют нормы, правила, стереотипы поведения военнослужащих в определенных обстоятельствах, сформировавшиеся на основе совместной служебной деятельности.
При формировании здоровьесберегающих традиций воинского коллектива командирам структурных подразделений, специалистам физической подготовки, спортивному активу подразделения необходимо обратить внимание на результат совместной коллективной деятельности, имеющий ярко выраженный эмоциональный «окрас». Пережитые в коллективной среде эмоции - радость побед, гордость за достигнутый результат, горесть поражений -становятся мотивационными источниками здоровьесберегающей активности, способствуют сплочению воинского коллектива, повышают уровень ответственности каждого военнослужащего, обеспечивают формирование лидерских качеств. В этой связи принято говорить о ведущем чувстве, которое характерно для данной группы и над формированием которого следует активно работать командирам и руководителям физической культуры, поскольку оно во многом определяет отношение военнослужащего к членам воинского коллектива и восприятию себя и своего места в нем.
Становится очевидным, что сформированные коллективные традиции, обеспечивающие сохранение и укрепление здоровья военнослужащих, являются «механизмом» регуляции поведенческой активности военнослужащих, выполняют важную воспитательную функцию. Особое место в формировании коллективных традиций и ведущего группового чувства занимают конкретизированный пример и стремление к подражанию. Именно с их помощью целенаправленное педагогическое воздействие на становления воинского коллектива способствует формированию здоровьесберегающих традиций, в результате чего они трансформируются и принимают устойчивую форму коллективного поведения.
При этом в настоящее время в системе подготовки военно-профессиональных кадров преобладают традиционные формы обучения и воспитания, не учитывающие индивидуальные особенности военнослужащих, организация учебных занятий по дисциплине «Физическая подготовка» не отражает здоровьесберегающую направленность образовательного процесса, при проведении аудиторных занятий используются дидактические средства, не обеспечивающие снижение влияния негативных факторов окружающей среды. В ходе исследования проблемы профессионального долголетия военных авиационных специалистов особое значение приобретает мнение военных педагогов о том, что высшая военная школа должна активно участвовать в решении проблемы сохранения и укрепления здоровья военнослужащих [17, 18].
Таким образом, на данном этапе военно-технической модернизации Вооруженные силы России оснащаются высокотехнологичным вооружением и военной техникой, разрабатываются новые формы и способы ведения боевых действий. В этих условиях выдвигаются повышенные требования к качеству подготовки военных кадров, уровню физического развития военнослужащих, психологической устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов военной среды, определяющих готовность выполнять задачи по предназначению в сложной динамично изменяющейся военно-политической обстановке. Учитывая вышесказанное, необходимо отметить, что процесс подготовки высококвалифицированных военных специалистов, отвечающих современным требованиям, обусловлен значительными экономическими затратами государства, в свою очередь особое значение приобретает проблема профессионального долголетия военнослужащих.
Очевидно, что повышение качества подготовки военно-профессиональных кадров ВКС в части продления профессионального долголетия военных авиационных специалистов будет достигаться за счет умелого сочетания форм педагогического взаимодействия командиров структурных подразделений, специалистов физической подготовки в процессе повседневной жизнедеятельности войск.
Выводы. Проведенный междисциплинарный анализ теоретических и прикладных положений педагогики, психологии, валеологии, теории и методики физического воспитания, в ходе которого предпринята попытка к новому научному осмыслению проблемы профессионального долголетия военных специалистов, свидетельствует о том, что:
1. Профессиональное долголетие военного авиационного специалиста, как способность выполнять свои профессиональные функции с высокой степенью эффективности и интенсивности на протяжении всего времени службы, базируется на качестве физической подготовки военнослужащего и сформированной у него потребности заботиться о своем физическом и психическом здоровье. Профессиональное долголетие является основополагающим фактором успешной профессиональной деятельности военных авиационных специалистов.
2. Эффективность профессиональной деятельности военнослужащих в аспекте их профессионального долголетия зависит от: функционального состояния организма, уровня физической подготовленности, способности военнослужащего самостоятельно организовать непрерывный процесс самосовершенствования на физическом и эмоциональном уровнях.
3. Основными внешними неблагоприятными факторами, способствующими снижению профессионального долголетия военного авиационного специалиста, являются: ненормированная продолжительность рабочего дня, выполнение специальных обязанностей военной службы в ограниченно-замкнутом пространстве; к внутренним внешним факторам мы отнесли: высокую нервно-психическую напряженность, социальную ответственность за выполнение воинского долга, недостаточную физическую подготовку, отсутствие навыков самоорганизации и самопомощи в стрессовой ситуации.
4. Решение проблемы продления долголетия военных авиационных специалистов должно начинаться с комплектования ВС РФ, которое должно осуществляться, прежде всего, с позиции сохранения и укрепления здоровья подрастающего поколения, рассматриваемого, как интеллектуальный и оборонный потенциал государства.
5. Эффективность подготовки военно-профессиональных кадров ВКС, имеющих устойчивую позицию в отношении сохранения и укрепления здоровья, будет обусловливаться реализацией выделенных организационно-педагогических условий: учет особенностей становления воинского коллектива; оказание целенаправленного педагогического воздействия на социально-психологические процессы, проходящие в воинском коллективе; организация учебного процесса с учетом коллективной направленности; сочетание внешней доминанты, обусловленной требованиями государственного оборонного заказа, и внутренней интенции военнослужащего к саморазвитию и самореализации.
6. Сохранение физического и психического здоровья военных авиационных специалистов в процессе осуществления ими профессиональной деятельности напрямую связано с наличием и качеством здоровьесберегающей среды воинского коллектива, над формированием которой должно работать руководство воинских коллективов. Под здоровьесберегающей средой воинского коллектива мы понимаем комплекс педагогических мероприятий, направленных на сохранение и укрепление профессионального здоровья военнослужащих; систему научных знаний, умений и навыков, обеспечивающих поддержание высокого уровня физической подготовленности; совокупность ценностных ориентаций, мировоззренческих установок, оказывающих положительное влияние на профессиональное долголетие военных авиационных специалистов.
7. Создание здоровьесберегающей среды воинского коллектива требует от руководства работы по формированию коллективного мнения о важности поддержания физического состояния организма, развитию коллективных потребностей и традиций, направленных на реализацию данных убеждений, стимулирование проявления эмоциональных переживаний в процессе совместной двигательной активности и физической нагрузке.
В заключение следует отметить, что внешние и внутренние факторы, влияющие на состояние и качество деятельности военного авиационного специалиста, способствуют изменениям на разных уровнях, связанным как с увеличением опыта, так и с профессиональными деформациями и деструкциями. Очевидно, что важно контролировать этот процесс и подчинять его своим целям, поэтому в процессе подготовки специалиста ВКС в вузе особое внимание должно уделяться формированию у него потребности в самосовершенствовании и личностном росте. Только при наличии данной потребности и ее практической реализации никакие изменения не нарушат внутреннего единства и баланса, поддержат и сохранят психическое и физическое здоровье, которые основаны на душевном равновесии, умении владеть собой, способности быстро приспосабливаться к сложным ситуациям и преодолевать их, восстанавливаясь в короткие сроки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Повышение надежности прогноза стрессоустойчивости при профессиональном психологическом отборе летных специалистов. Крачко Э.А., Красильников Г.Т., Мальчинский Ф.В., Медведев В.И. М.: Надежность, 2020. № 20 (4). С. 61-66.
2. Шабров А.В., Рищук С.В., Мирский В.Е., Илларионова Е.В. Состояние здоровья молодого поколения России и проект реформы по его улучшению // Здравоохранение. 2010. № 9. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mcfr.m/journals/1/252/30613/30622/ (дата обращения 11.12.2021).
3. Коченков В.Б. Дифференцирование физической подготовки военнослужащих по призыву с учетом их соматотипа: дис. ... канд. пед. наук. Краснодар, 2019. 165 с.
4. Белошицкий А.В., Шевчук А.А., Приходько П.Н. Педагогическое обеспечение здорового образа жизни курсантов военных авиационных вузов. Вестник Воронежского института МВД РФ. 2015. № 1. С. 197-203.
5. Мельник А.Р. Воспитание здорового образа жизни военнослужащих воинской части: автореф. дис. ... канд. пед. наук. М., 2013. 24 с.
6. Человек в условиях неопределенности: сборник научных трудов в 2-х т. / под общей и научной редакцией д.ф.н. Е.В. Бакшутовой и др. Т. 2. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2018. 247 с.
7. Приказ МО РФ от 9 октября 1999 г. № 455 «Об утверждении Положения о медицинском освидетельствовании летного состава авиации ВС РФ». [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.garant.ru/181227/#ixzz2vkJpT5mb (дата обращения 11.12.2021).
8. Приказ МО РФ от 18 июня 2011 г. № 800 «Об утверждении Руководства по диспансеризации военнослужащих в ВС РФ». Система ГАРАНТ. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.garant.ru/70106686/#ixzz2vkJcIVrL (дата обращения 11.12.2021).
теория и методика профессионального образования
9. Боченков А.А. Актуальные проблемы военной психофизиологии / А.А. Боченков, В.И. Шостак, А.Н. Глушко // Военно-медицинский журнал. 1996. Т. 317. № 12. С. 35-40.
10. Ушаков И.Б. Возрастной фактор в комплексной оценке здоровья летного состава / И.Б. Ушаков, Г.А. Батищева, Ю.Н. Чернов // Военно-медицинский журнал. 2010. № 3. С. 56-60.
11. Кадяшкин Д.А., Частихин А.А. О влиянии физической подготовки на развитие профессионально важных качеств летного состава // Вестник ТГУ. 2018. № 3 (173). [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.m/artide/n/o-vliyanii-fizicheskoy-podgotovki-na-razvitie-professionalno-vazhnyh-kachestv-letnogo-sostava (дата обращения 11.12.2021).
12. Засядько К.И., Невзорова Е.В., Вонаршенко А.П. Формирование психофизиологической устойчивости к воздействию перегрузок маневрирования у пилотов методами физической подготовки // Вестник российских университетов. Математика. 2017. № 2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.rU/article/n/formirovanie-psiho fiziologicheskoy-ustoychivosti-k-vozdeystviyu-peregruzok-manevrirovaniya-u-pilotov-metodami-fizicheskoy (дата обращения 11.12.2021).
13. Рыбников В.Ю. Психологическое прогнозирование надежности деятельности специалистов экстремального профиля: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. СПб., 2000. 50 с.
14. Ступаков Г.П. Авиационная антропоэкология / Г.П. Ступаков, И.Б. Ушаков; Под ред. В.Д. Власова; Рос. акад. мед. наук. Гос. н. -и. испытат. ин-т (авиац. и косм. медицины), Ассоц. авиац. и косм. медицины России. М.; Воронеж: Истоки, 1999. 480 с.
15. Ушаков И.Б. Методологические аспекты динамического контроля функциональных состояний операторов опасных профессий / И.Б. Ушаков, А.В. Богомолов, Ю.А. Кукушкин // Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. 2010. Т. 2, № 4. С. 6-12.
16. Иванов И.В., Поляков М.В., Джергения С.Л., Желтый О.П. Использование психофизиологических методик для оценки функционального состояния военнослужащих // Известия Российской Военно-медицинской академии. Том 38, № 3 (2019). С. 191-196.
17. Приходько П.Н. Педагогическое обеспечение здорового образа жизни курсантов военных авиационных вузов: дис. ... канд. пед. наук. М., 2014. 249 с.
18. Багрянцев О.В. Формирование валеологической культуры будущих офицеров: дис. ... канд. пед. наук. Саратов, 2008. 156 с.
REFERENCES
1. Povyshenie nadezhnosti prognoza stressoustojchivosti pri professional'nom psihologicheskom otbore letnyh specialistov. Krachko E.A., Krasil'nikov G.T., Mal'chinskij F.V., Medvedev V.I. M.: Nadezhnost', 2020. № 20 (4). pp. б1-бб.
2. Shabrov A.V., Rischuk S.V., Mirskij V.E., Illarionova E.V. Sostoyanie zdorov'ya molodogo pokoleniya Rossii i proekt reformy po ego uluchsheniyu // Zdravoohranenie. 2010. № 9. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.mcfr.ru/journals/1/252/30613/30622/ (data obrascheniya 11.12.2021).
3. Kochenkov V.B. Differencirovanie fizicheskoj podgotovki voennosluzhaschih po prizyvu s uchetom ih somatotipa: dis. ... kand. ped. nauk. Krasnodar, 2019. 165 p.
4. Beloshickij A.V., Shevchuk A.A., Prihod'ko P.N. Pedagogicheskoe obespechenie zdorovogo obraza zhizni kursantov voennyh aviacionnyh vuzov. Vestnik Voronezhskogo instituta MVD RF. 2015. № 1. pp. 197-203.
5. Mel'nik A.R. Vospitanie zdorovogo obraza zhizni voennosluzhaschih voinskoj chasti: avtoref. dis. ... kand. ped. nauk. M., 2013. 24 p.
6. Chelovek v usloviyah neopredelennosti: sbornik nauchnyh trudov v 2-h t. / pod obschej i nauchnoj redakciej d.f.n. E.V. Bakshutovoj i dr. T. 2. Samara: Samar. gos. tehn. un-t, 2018. 247 p.
ы g'
и
7. Prikaz MO RF ot 9 oktyabrya 1999 g. № 455 «Ob utverzhdenii Polozheniya o medicinskom osvidetel'stvovanii letnogo sostava aviacii VS RF». ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://base.garant.ru/181227/#ixzz2vkJpT5mb (data obrascheniya 11.12.2021).
8. Prikaz MO RF ot 18 iyunya 2011 g. № 800 «Ob utverzhdenii Rukovodstva po dispanserizacii voennosluzhaschih v VS RF». Sistema GARANT. fElektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://base.garant.ru/70106686/#ixzz2vkJcIVrL (data obrascheniya 11.12.2021).
9. Bochenkov A.A. Aktual'nye problemy voennoj psihofiziologii / A.A. Bochenkov, V.I. Shostak, A.N. Glushko // Voenno-medicinskij zhurnal. 1996. T. 317. № 12. pp. 35-40.
10. Ushakov I.B. Vozrastnoj faktor v kompleksnoj ocenke zdorov'ya letnogo sostava / I.B. Ushakov, G.A. Batischeva, Yu.N. Chernov // Voenno-medicinskij zhurnal. 2010. № 3. pp. 56-60.
11. Kadyashkin D.A., Chastihin A.A. O vliyanii fizicheskoj podgotovki na razvitie professional'no vazhnyh kachestv letnogo sostava // Vestnik TGU. 2018. № 3 (173). ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://cyberleninka.ru/article/n/o-vliyanii-fizicheskoy-podgotovki-na-razvitie-professionalno-vazhnyh-kachestv-letnogo-sostava (data obrascheniya 11.12.2021).
12. Zasyad'ko K.I., Nevzorova E.V., Vonarshenko A.P. Formirovanie psihofiziologicheskoj ustojchivosti k vozdejstviyu peregruzok manevrirovaniya u pilotov metodami fizicheskoj podgotovki // Vestnik rossijskih universitetov. Matematika. 2017. № 2. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://cyberleninka.ru/article/n/formirovanie-psihofiziologicheskoy-ustoychivosti-k-vozdeystviyu-peregruzok-manevrirovaniya-u-pilotov-metodami-fizicheskoy (data obrascheniya 11.12.2021).
13. Rybnikov V.Yu. Psihologicheskoe prognozirovanie nadezhnosti deyatel'nosti specialistov 'ekstremal'nogo profilya: avtoref. dis. ... d-ra med. nauk. SPb., 2000. 50 p.
14. Stupakov G.P. Aviacionnaya antropo'ekologiya / G.P. Stupakov, I.B. Ushakov; Pod red. V.D. Vlasova; Ros. akad. med. nauk. Gos. n.-i. ispytat. in-t (aviac. i kosm. mediciny), Assoc. aviac. i kosm. mediciny Rossii. M.; Voronezh: Istoki, 1999. 480 p.
15. Ushakov I.B. Metodologicheskie aspekty dinamicheskogo kontrolya funkcional'nyh sostoyanij operatorov opasnyh professij / I.B. Ushakov, A.V. Bogomolov, Yu.A. Kukushkin // Mediko-biologicheskie i social'no-psihologicheskie problemy bezopasnosti v chrezvychajnyh situaciyah. 2010. T. 2. № 4. pp. 6-12.
16. Ivanov I.V., Polyakov M.V., Dzhergeniya S.L., Zheltyj O.P. Ispol'zovanie psihofiziologicheskih metodik dlya ocenki funkcional'nogo sostoyaniya voennosluzhaschih // Izvestiya Rossijskoj Voenno-medicinskoj akademii. Tom 38, № 3 (2019). pp. 191-196.
17. Prihod'ko P.N. Pedagogicheskoe obespechenie zdorovogo obraza zhizni kursantov voennyh aviacionnyh vuzov: dis. ... kand. ped. nauk. M., 2014. 249 p.
18. Bagryancev O.V. Formirovanie valeologicheskoj kul'tury buduschih oficerov: dis. ... kand. ped. nauk. Saratov, 2008. 156 p.
© Полуян А.В., Приходько П.Н., Коченков В.Б., Федоров В.В., 2022
UDK 37.01 GRNTI 14.35.01
THE MILITARY AVIATION SPECIALISTS PROFESSIONAL LONGEVITY EXTENDING PROBLEM: ANALYSIS EXPERIENCE
A.V. POLUYAN, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor P.N. PRIHODKO, Candidate of Pedagogical Sciences V.B. KOCHENKOV, Candidate of Pedagogical Sciences V.V. FEDOROV
The essence of the «specialist professional longevity» concept is considered, the factors affecting the military aviation specialist's professional longevity are analyzed. It is established that the basis for the professional longevity of military aviation specialists is high-quality physical training and work to preserve and strengthen health throughout the entire professional path. The main directions of work in this direction are identified: high-quality staffing, organizational and pedagogical conditions for the implementation of this process in a military university, the creation of a health-saving environment for a military team in the active army.
Keywords: specialist professional longevity, military aviation specialist professional longevity, physical fitness, military team health-saving environment.
8 января - 75 лет первого полёта Як-19 - первого советского реактивного истребителя фюзеляжной схемы
В 1945-1946 годах в авиационно-технических журналах Европы появились сообщения о новом способе повышения тяги реактивного двигателя путём «повторного нагрева» воздуха в камере за турбиной. Этот способ должен был позволить временно поднять скорость самолёта на четверть. В СССР эти работы велись с 1945 г., когда были получены трофейные немецкие двигатели Jumo-004. Ранее они стояли по два на истребитель Мессершмитт Ме-262 под крылом, а, будучи установлены под фюзеляж однодвигательного стенда на базе Як-3, выявили недостаток тяги. В феврале 1946 г. прошли стендовые испытания ТРД с «вторичной топкой» (форсажной камерой). По их итогам было переделано сопло (вместо плавящегося на температуре 1100 °С регулировочного конуса установили створки с механизмом управления снаружи). Был экспериментально подтверждён рост тяги на 28 %. Результаты испытаний ТРДФ РД-10 были доведены яковлевцами до КБ Лавочкина, Сухого и Микояна. Все они начали разработку самолётов под новые двигатели.
Созданный на базе опытного Як-3, Як-15 (1945) был первым советским истребителем с «реданной» схемой установки ТРД. Як-19, модельный образец которого был выпущен в 1946 г., стал первым демонстратором гораздо более аэродинамически совершенной фюзеляжной схемы, которая стала каноничной для последующих советских реактивных истребителей (вплоть до МиГ-21): кабина в носовой части фюзеляжа, воздухозаборник под ней, двигатель - сзади. Як-19 спроектировали и построили всего за четыре месяца, с 1 августа по 29 ноября 1946 года. Под руководством Л. Селякова, бывшего сотрудника ликвидированного ОКБ В.М. Мясищева, впервые в коллективе Яковлева построили натурный деревянный макет самолета с прокладкой всех коммуникаций.
30 ноября 1946-го законченный Як-19-1 («желтый 24») вывезли на Центральный аэродром на рулёжные испытания. После того, как 12 декабря произошло возгорание топлива, вытекшего сквозь некачественную прокладку в двигателе, обгоревший самолёт пришлось ремонтировать. 26 декабря его перебазировали на аэродром ЛИИ в Раменском.
8 января 1947 года летчик-испытатель М.И. Иванов выполнил первый полёт на Як-19. 6 июня 1947 г. в воздух поднялся Як-19-2 («Дублер»). Его испытания, в том числе с подвесными баками, проводил Сергей Анохин. «Дублёр» затем принял участие в воздушном параде. Прошедшие с 17 октября 1947 по 30 января 1948 гг. госиспытания подтвердили, что форсаж при взлёте сокращает длину разбега в среднем на 24 % и взлетную дистанцию на 20 %. Скорость на высоте возрастала по сравнению с Як-15 на 102 км/ч. Впервые успешно были испытаны 23-мм авиапушки Ш-3 системы Б.Г. Шпитального. У самолёта обнаружились и проблемы -сложности управления дожиганием горючего, большие усилия от элеронов на РУС, отсутствие подогрева кабины и системы вентиляции, недостаточная бронезащита пилота. Дальнейшие работы по Як-19 и ФК в ОКБ Яковлева не проводились, так как уже в ноябре 1946 года КБ переключился на самолеты Як-23 и Як-25 с ТРД РД-500 («Дервент-У») с тягой 1590 кг. Оба прототипа Як-19 оставили в НИИ ВВС.
Рисунок 1 - Як-19 № 24
17 января - 175 лет со дня рождения патриарха теоретической механики и аэродинамики в России, одного из основоположников мировых гидро- и аэродинамики, Николая Егоровича Жуковского
Николай Егорович родился в семье управляющего имением графа Зубова, бывшего инженера-путейца Егора («Жоржа») Алексеевича Жуковского и столбовой дворянки Анны («Анеты») Николаевны Стечкиной (её бабушка была из Нарышкиных - дворянского рода, который в России вовсе не нуждался в титулах благодаря их общеизвестному свойству с царской семьёй) в убыточном имении в селе Орехово Владимирской губернии. Это имение было куплено из приданого матери (родовые имения Стечкиных, например, Никольское 2-е Бобровского р-на Воронежской обл., достались её братьям), она же и управляла хозяйством, пока муж был в разъездах. Сын пережил свою властную мать всего на девять лет, и поэтому собственных детей Лену и Серёжу вынужден был признать уже после её смерти. Анна Николаевна категорически не принимала возможности брака её сына с матерью его детей, умершей в 1904 году, урождённой тамбовской крестьянкой и экономкой их имения Надеждой Сергеевной Сергеевой (Антиповой по мужу, за которого её выдали замуж опять же по настоянию Анны Николаевны), и для самих этих детей была «барыней», а не бабушкой. Впрочем, неравный брак с крестьянкой для высокопоставленного госслужащего (каким являлся профессор Императорского Московского технического училища (ИМТУ) Жуковский) по тогдашним понятиям сам по себе был бы компрометирующим обстоятельством, способным сломать карьеру, поэтому спорить с матерью в защиту своего мезальянса Николаю Егоровичу пришлось бы с очень слабых позиций.
Старшие сыновья Егора и Анны, Ваня и Коля, а позднее и их младший брат Валерьян, учились в 4-й Московской гимназии, расположенной в доме Пашкова (ныне корпус РГБ), сперва «своекоштными», т. е. приходящими учениками, но потом из-за нехватки средств Анна была вынуждена вернуться в Орехово, оставив сыновей в гимназическом пансионе (интернате) для разночинцев (был и дворянский, места в нём стоили дороже). Гимназические порядки того времени были по-военному строги, а учителя не всегда преподавали предметы увлекательно, и до 3-го класса у «Коли Жука» арифметика была слабым местом аттестата. Позднее, когда читать её стал Александр Фёдорович Малинин (автор популярнейших в империи учебников по алгебре и геометрии, переизданных до 1914 года 11 раз без особых изменений), дело поправилось, и Николай стал сильнейшим в гимназии учеником по точным дисциплинам. Иностранные языки, однако, давались Жуковскому хуже, и к выпуску гимназист смог подтянуть латынь, французский и немецкий лишь до хороших оценок.
Старший брат Иван после гимназии поступил на юрфак Московского университета, но успеха на ниве правоведения не снискал. Николай хотел стать инженером, тем самым продолжив дело отца, прерванное увольнением в 1848 году (Егор Алексеевич отказался принять гнилые шпалы за годные и ушёл с должности по конфликту со своим железнодорожным начальством), и собирался в Институт путей сообщения в Петербурге. Но жизнь в Питере, тогдашней столице, была гораздо дороже, чем в Москве, а денег семье по-прежнему не хватало. Пришлось остаться в Москве, поступить на физмат Московского университета, одновременно литографировать и продавать лекции профессоров, а также давать уроки - словом, выживать. Стипендии (которую получали около 15 % студентов, позднее отрабатывая её по распределению в гимназиях), Жуковскому добиться не удалось.
В начале XIX века механику изучали в российских университетах как часть прикладной математики, специальных кафедр теормеха не существовало, а доминировавшая научная школа механиков-аналитиков (М.В. Остроградский, Н.Д. Брашман, Ф.А. Слудский, А.Ю. Давыдов) свой основной научный интерес видела в создании математического инструментария для решения задач динамики в общем виде. Но технический прогресс предъявлял свои требования к
g' и
интеграции научного знания и методик решения практических, прикладных инженерных задач, где скорость и доступность вычислений была не менее, а более важна, чем их точность. В середине XIX столетия механики обращаются к теоретическому описанию реальных технических проблем - движения подшипников скольжения, полёта выпущенного нарезным орудием вращающегося снаряда, расчёта мостовых ферм и др. Н.Е. Жуковский стал одним из лидеров этого прикладного направления в механике. В университете ему преподавал Николай Брашман, а затем его ученики Фёдор Слудский и Василий Цингер. Профессор чистой математики В.Я. Цингер (кстати, тоже весьма нелестно отзывавшийся о младшеклассном гимназическом преподавании по собственному опыту) преподаваемые им формулы иллюстрировал наглядно-геометрически, что произвело на студента Жуковского большее впечатление, чем чистая аналитика Слудского, которую он и его сокурсники оценили по достоинству лишь курсу к четвёртому. Защита докторской диссертации Цингером, во время которой учёный стремился «указать, как видоизменяется каждая частица движущейся жидкости», по собственному признанию Н.Я. Жуковского, позднее сподвигла его на магистерскую диссертацию на тему «Кинематика жидкого тела».
По окончанию бакалавриата Жуковский попытался поступить в питерский ИПС сам, но «завалил» геодезию и черчение на экзаменах в первом семестре. Ему пришлось вернуться в Москву и плотно заняться репетиторством, а в свободное время готовить магистерскую. Её он защитил 23 октября (4 ноября по н. ст.) 1876 г. в присутствии своих учителей. Эта работа стала значительным вкладом в молодую науку гидродинамику. С 1870 г. молодой учёный работал преподавателем во 2-й женской гимназии и в Московской практической академии коммерческих наук (преподавание в МПАКН Жуковский не оставлял до 1920 года) и читал лекции по математике в ИМТУ, а с сентября 1874 г. стал доцентом кафедры аналитической механики этого вуза. После защиты магистерской Жуковский был командирован в Европу. В 1879 г. он стал сверхштатным профессором ИМТУ и начал готовить свою докторскую диссертацию «О прочности движения». Ради апробации её основных положений Жуковский принял участие в VI Съезде русских естествоиспытателей и врачей (23-30 декабря 1879 г.), где познакомился с великим химиком Д.И. Менделеевым, который, между прочим, занимался и гидроаэродинамикой, представив на съезде доклад «О сопротивлении жидкостей и газов». Но аэродинамические вопросы привлекут внимание Н.Е. Жуковского позже, а в 1881-1887 гг. он интересовался астрономией (расчётом орбит планет, движением комет и пр.) и публиковал работы на эту тему. Наконец, в 1882 г. он успешно защитил докторскую, а в 1886 г. сменил Ф.А. Слудского в должности экстраординарного профессора кафедры механики физмата Московского университета.
После избрания его членом Физического общества Франции Жуковского командировали в Париж, и именно там, наткнувшись на выставке на книгу немецкого энтузиаста планеризма Отто Лилиенталя, Николай Егорович по-настоящему заинтересовался вопросами аэродинамики. В течение 1890-1891 гг. он провёл ряд докладов и опубликовал статьи на темы «Теория аэропланов на основании кривых (поляр) Лилиенталя» (не сохранилась), «К теории летания», «О парении птиц», «Об исследованиях Лилиенталя о летании» и др. Лично встретился он с Лилиенталем в 1895 г. во время поездки в Германию за год до трагической гибели немецкого пионера авиации. После известия о катастрофе планера Лилиенталя Жуковский начал эксперименты по определению оптимальной формы летательных аппаратов. В отсутствие аэродинамической трубы это приходилось делать в свободном падении привязанных моделей со специального колеса, установленного под потолком в атриуме нового корпуса (ныне журфак МГУ). В 1902 г. он всё-таки построил собственную трубу с использованием высасывающего вентилятора.
Ещё 1894 г. Жуковского избрали членкором Академии наук, а от действительного членства в 1900 г. он отказался сам, чтобы не переезжать из Москвы в Питер. В 1905 г. его избрали президентом российского Математического общества, и после этого ему пришлось регулярно
представлять российских математиков на зарубежных съездах. За год до этого он стал директором первого в мире Воздухоплавательного института в Кучино, основанного на собственные средства его учеником по МПАКН энтузиастом авиации миллионщиком Дмитрием Рябушинским. Через некоторое время с директорского поста Жуковский ушёл - Рябушинский не был простым меценатом, он активно интересовался проблематикой авиации (строительство вообще началось с того, что Дмитрий пожелал создать русский аэроплан, а Жуковский заметил, что для этого нужно сперва подтянуть теорию аэродинамики), и в итоге научные программы Жуковского и Рябушинского начали конкурировать друг с другом. При этом отношения между учеником и учителем остались добрыми, и в 1910-х гг. Жуковский способствовал научной карьере Рябушинского на своей кафедре физмата МГУ.
В течение 1890-х - 1900-х гг. учёный не раз обращался к вопросам движения в воздухе крылообразных тел (собственно крыла и лопастей пропеллера), определив оптимальные способы горизонтального полёта и подъёмную силу крыла в количественном выражении. На базе этих работ Жуковский в 1910-е гг. разработал вихревую теорию гребного винта, универсальную для гидро- и аэродинамики, и закон распределения скорости у лопастей винта. С 1912 г. «винты» и «профили Жуковского» становятся частью конструкций летательных аппаратов отечественной разработки. В годы Первой мировой Жуковский занимался теорией бомбометания. С 1908 г. «отец русской авиации» руководил созданным по его инициативе Воздухоплавательным кружком ИМТУ, в рамках которого были подготовлены кадры советской авиационной науки 1920-х годов - А.А. Архангельский, Б.С. Стечкин, Б.Н. Юрьев (муж Елены Жуковской), В.П. Ветчинкин и многие другие.
В советские годы биография Жуковского неслучайно стала одним из первоисточников стереотипного образа «учёного царской России» - выходца из небогатой семьи, прошедшего на пути в науку через множество препятствий именно материального характера, добившегося выдающихся, всемирно признанных успехов в своей отрасли, которые, однако, получили лишь частичное практическое воплощение у нас. У истоков ленинской РСДРП, как известно, стояли в т. ч. инженеры-электротехники во главе с соучредителем «Союза борьбы за освобождение рабочего класса» Г.М. Кржижановским. Сама революция в марксизме и выступала средством приведения производственных отношений в соответствие с запросами производительных сил общества, так что, можно сказать, с точки зрения Ленина революция делалась ради беспрепятственного воплощения в жизнь и замыслов Жуковского. В свете этого неудивительно, что Советская власть в меру своих ограниченных Гражданской войной возможностей поддержала учёного в его инициативах по созданию Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ, 1918) и высшего учебного заведения, готовящего инженерно-технические кадры для советской авиации - Института инженеров Красного Воздушного флота (ИИКВФ, будущая ВВИА, 1920; впрочем, и его предшественник 1919 г., Московский авиатехникум, только формально был средне-специальным УЗ). В них работали его ученики, параллельно трудившиеся и в переименованном в Московское высшее техническое училище бывшем ИМТУ. На базе факультетов последнего в начале 1930-х гг. был образован целый ряд институтов, в том числе Московский авиационный институт МАИ.
Характерно, что имя «отца русской авиации» Николая Жуковского в ознаменование 50-летия его научной деятельности было ещё при жизни самого Жуковского присвоено ИИКВФ (прямо в приказе РВСР о реорганизации МАТ в институт), и его ректором в декабре 1920 г. был избран опять же Жуковский. К сожалению, живым эпонимом собственного ВУЗа Николаю Егоровичу удалось пробыть недолго, и руководство партии, принимавшее решение об увековечивании памяти учёного, исходило из вполне предсказуемых к тому времени перспектив. Дело в том, что Н.Е. Жуковский ушёл от активной научно-преподавательской деятельности по здоровью ещё в начале 1920 года, заболев пневмонией. За его плечами уже были два инсульта и брюшной тиф. Смерть от туберкулёза его дочери Елены в мае 1920 года стала новым тяжёлым ударом по здоровью учёного, и в июне у него оторвался тромб.
17 марта 1921 года Николай Егорович Жуковский скончался. После масштабной гражданской панихиды, на которой выступили с прощальными речами его ученики, «отец русской авиации» был похоронен на Донском кладбище в Москве. Рядом с ним покоятся его дети Елена и Сергей (1900 года рождения, который, будучи курсантом ИИКВФ, тоже заболел туберкулёзом, как прежде его мать и сестра, и умер в 1924 году).
Имя профессора Н.Е. Жуковского в наши дни носят российский город, в котором расположен ЦАГИ, сам ЦАГИ, наследник ИИКВФ и ВВИА - ВУНЦ ВВС ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина (г. Воронеж), а также Харьковский авиационный институт (ХАИ) на Украине, расположенный в микрорайоне Харькова «Посёлок Жуковского».
Рисунок 2 - 1 - Дом-музей Жуковского в с. Орехово. 2 - Жуковский с матерью (слева) и семья его сестры. 3 - Жуковский в студенческие годы. 4 - Николай, Валерьян и Иван Жуковские в 1890-е гг. 5 - Сергей и Елена Жуковские. 6 - мать детей учёного Надежда. 7 - аэродинамическая труба Жуковского (1902 г.). 8 - теорема Жуковского о подъёмной силе. 9 - медаль премии Н.Е. Жуковского
23 января - 60 лет первого полёта самолета ДРЛО Ту-126
Потребность в летающих радарах для обнаружения воздушных целей впервые возникла во время Второй мировой войны на Тихом океане, где противостояли друг другу японские и американские авианосцы. В СССР потребность в них была связана с тем, что прикрывать протяжённое советское побережье Северного Ледовитого океана радиолокационным полем наземных систем контроля воздушного пространства было бы слишком накладно. По этой причине было решено заменить наземные РЛС на северном направлении для противодействия трансполярному воздушному нападению американских носителей ядерного оружия авиакомплексом раннего радиолокационного обнаружения.
4 июля 1957 года вышло постановление Совмина СССР № 608-293, поручившее конструирование самолёта ДРЛО КБ А.Н. Туполева. Изначально строить комплекс планировали на базе турбовинтового тяжёлого бомбардировщика межконтинентальной дальности Ту-95, но затем выбрали его «огражданенную» версию - созданный на базе этого бомбардировщика пассажирский лайнер Ту-114. Разработчиком радиоаппаратуры для Ту-126 стал НИИ-17. Производить самолёты планировали на 17-м Куйбышевском авиазаводе под руководством конструктора А.И. Путилова. В ходе работ над комплексом салон Ту-114 был вторично переделан. В передней и средней его частях находились рабочие места с пультами для радиотехнического экипажа, заднюю часть заняли блоки РЛС, системы связи и РТР, а оборонительного вооружения (первоначально планировалось вооружить самолёт двумя 23-мм пушками) решили не устанавливать. Над фюзеляжем самолёта на пилоне в обтекателе была установлена грибообразная антенна радиолокатора «Лиана», которая в полёте вращалась вместе с обтекателем, совершая 10 оборотов в минуту. В носу разместили штангу для дозаправки и воздухозаборник охлаждения радиоаппаратуры. Экипаж Ту-126 составляли две смены по 12 человек: лётный состав формировали два пилота, два штурмана, радист и бортинженер, а радиотехнический - командир, инженер и четыре оператора. Самолёт на боевом дежурстве должен был барражировать в воздухе длительное время, что требовало устройства мест для отдыха экипажа. Тем не менее, проблем с эргономикой, частых в советской авиатехнике, самолёт не избежал, и обитаемость в нём была хуже, чем в оригинальном Ту-114, который тоже был не идеален в этом отношении: турбовинтовые двигатели НК-12МВ отличались шумностью, и уровень шума в салоне мешал комфортной работе операторов, вёл к их быстрой утомляемости. Радиоэлектронная аппаратура позволяла выявить воздушные вражеские цели на расстоянии 150-350 км, надводные цели - до 400 км, захватывать излучение РЛС на дальности до 500-600 км, передавать данные командным штабам ВМФ и ПВО на отдалении до 2000 км. При этом для ракет вражеских истребителей Ту-126 был трудноуязвим, так как «видел» их за пределами собственного обнаружения.
Рисунок 3 - Ту-126
5 марта - 90 лет Казанскому авиационному институту
20 марта 1930 года в результате разделения Московского высшего технического училища (МВТУ) на пять самостоятельных вузов был образован Московский авиационный институт. Позже по его образцу были отдельно созданы авиационные институты в ряде крупнейших городов СССР, например, Харьковский и Новочеркасский авиационные институты. Ленинградский, созданный в 1941 г., ныне известен как Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (СПб ГУАП, в прошлом ЛИАП). Авиационный институт должен был заработать и в Левобережном районе Воронежа, в городке рядом с авиазаводом (ныне ВАСО), но война помешала этим планам, заставив эвакуировать его в Узбекскую ССР в октябре-декабре 1941 г., где его реорганизовали в Ташкентский авиатехникум, одновременно выведя часть кадров на усиление Куйбышевского и Ленинградского АИ. В наши дни название «ВАИ» сохранилось за недостроенным до начала войны микрорайоном, где должен был располагаться новый институт.
Аэродинамикой в Казани занимался профессор-механик, читавший лекции по авиадисциплинам в Казанском политехе, Дмитрий Николаевич Зейлигер. В 1921 г. им был организован воздухоплавательный кружок им. Парижской коммуны, а в 1927 г. он начал готовить авиационных специалистов под крышей Казанского госуниверситета. Инициативу Зейлигера поддержал его ученик - Николай Гурьевич Четаев. Он добился в 1930 году выделения групп специализации во вновь образованное аэродинамическое отделение КГУ.
5 марта 1932 года совместным постановлением Глававиапрома НКТП и секретариата Татарского обкома ВКП(б) был основан Казанский авиационный институт. В его состав вошли два отделения - аэродинамическое (на базе аэродинамического отделения КГУ) и самолетостроительное (сформированное за счет перевода студентов из других вузов Казани). В 1932 году с образованием КАИ Четаев стал замдиректора КАИ по УНР и по сегодняшний день считается истинным основателем института и основоположником знаменитой Казанской четаевской научной школы в области механики.
В мае 1932 г. был издан приказ об организации первых 6 кафедр: аэродинамики, строительной механики, математики, теормеха, общественных дисциплин и языков. К июлю 1932 года в институте обучалось 9 групп и 202 студента. В августе были проведены первые вступительные экзамены и к 1 сентября число студентов дошло до 600 человек. Учебным планом института предусматривалась летная практика студентов, поэтому в 1933 году в КАИ был организован лётный отряд. Было создано ОКБ с привлечением студентов под руководством завкафедрой конструкций и проектирования самолетов З.И. Ицковича. В 1934 г. состоялся первый выпуск инженеров-механиков по самолётостроению с аэродинамическим уклоном. Институт окончили 10 человек, бывших студентов аэроотделения КГУ.
В следующем, 1935 г. состоялся первый выпуск отделения самолетостроения - 24 чел. В 1939 г. был образован моторостроительный факультет (в 1970 году переименован в факультет двигателей летательных аппаратов). Первым деканом был назначен А.А. Чусляев. Его открытие связано с потребностями авиапрома СССР в кадрах, в частности Казанского моторостроительного завода. В 1945 году по инициативе академика В.П. Глушко в КАИ была создана кафедра реактивных двигателей. Уже через год впервые в СССР состоялся первый выпуск по данной специальности. Инженеров реактивных двигателей вне Казани начали готовить лишь в 1950-е годы в МАИ и других вузах.
В 1992 году Казанский авиационный институт был преобразован в Казанский государственный технический университет (КГТУ), в наши дни именуемый Казанским национальным исследовательским техническим университетом им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ). Это образовательный и научно-исследовательский комплекс международного значения по подготовке кадров высшей квалификации в различных наукоёмких индустриальных отраслях. Научный потенциал вуза составляют 7 НИИ, 1 факультет, 45 кафедр, 11 научно-
образовательных центров, 2 колледжа, 1 бизнес-инкубатор, 48 НИЛ, в которых трудятся более 3000 преподавателей, научных работников и инженеров, в том числе свыше 120 докторов наук и профессоров, среди них 17 академиков и членов-корреспондентов РАН, Академии Наук Татарстана и Международной академии наук высшей школы, более 700 докторов и кандидатов наук.
Рисунок 4 - Здание главного корпуса КАИ, до революции - 1-я Казанская гимназия
28 марта - 110 лет со дня рождения советской лётчицы, инициатора создания женских авиаполков, Героя Советского Союза майора Марины Михайловны Расковой
Марина Раскова (в девичестве Малинина) родилась в Москве в семье оперного певца. С ранних лет Марина имела отличный музыкальный слух и хороший голос. Отец видел в ней потенциальную оперную певицу и стремился развивать талант дочери. Возможно, она бы пошла по стопам отца, если бы не его трагическая гибель - в октябре 1919 г. Михаил Дмитриевич попал под мотоцикл. Его вдова, Анна Спиридоновна, работала учительницей, и семья жила небогато. Отучившись в музыкальной школе, из-за финансовых проблем в семье вместо окончания консерватории Марина пошла в лаборанты на Бутырский химзавод. В 1929-1935 гг. была замужем за инженером Сергеем Расковым. Брак распался, но фамилию мужа Марина сохранила.
В 1932 г. она стала лаборанткой аэронавигационной лаборатории Военно-воздушной академии им. проф. Н.Е. Жуковского, где и заболела авиацией. Отучившись в Ленинградском институте ГВФ в 1934 г., Раскова получила штурманскую специальность, а в 1935 г. окончила и лётную школу. В первой половине 1920-х гг. военлёты-женщины оставались единичным явлением, но Осоавиахим подготовил к добровольной военной службе ряд известных лётчиц ВВС Красной Армии 1930-х гг. - Полину Осипенко, Валентину Гризодубову, Марину Нестеренко и в том числе - Марину Раскову. Лозунгом комсомола межвоенного периода стал призыв «Женщины, на самолёт!».
24-25 сентября 1938 года на самолёте АНТ-37 «Родина» штурман Марина Раскова в составе женского экипажа (командир - Валентина Степановна Гризодубова, 2-й пилот Полина Денисовна Осипенко) совершила беспосадочный перелёт Москва - Дальний Восток (село Керби) протяжённостью 6450 км (по прямой - 5910 км). Полёт состоялся после окончания
острой фазы конфликта на озере Хасан, когда на Дальнем Востоке уже установились холода, а курс проложили так, чтобы не перелететь границу с враждебной прояпонской Маньчжурией. В ходе перелёта был установлен женский мировой авиационный рекорд дальности полёта. Самолёт шёл вслепую, по приборам, и к утру долетел до Охотского моря, после чего взял курс на Комсомольск-на-Амуре. Но топлива оставалось на полчаса полёта, и пришлось садиться экстренно, причём Расковой приказали выпрыгнуть из самолёта на парашюте. Остеклённая носовая штурманская кабина и в СБ, и в ДБ-3, и в АНТ-37 была опасна при вынужденной посадке - если самолёт капотировал, то она разрушалась полностью. Самолёт, ровно посаженный Валентиной, при вынужденной не скапотировал, зато Марине пришлось десять дней провести в тайге в поисках подруг - как выяснилось, ориентироваться на выстрелы подруг в воздух в местных условиях невозможно, потому что эхо отражалось непредсказуемо. Тем не менее, она сама вышла к «Родине». По итогам рекордного перелёта на дальность без посадки, зафиксированного ФАИ, девушки были представлены к званиям Героев Советского Союза.
Свою огромную популярность среди молодёжи Марина применила на благо Отечества в годы Великой Отечественной войны. В октябре 1941 года, когда в Москве речь шла о возможной эвакуации советского руководства, инициатива майора Расковой о создании женских авиачастей нашла поддержку в Ставке. И.В. Сталин приказом по НКО № 0099 распорядился создать трёхполковую авиагруппу - истребительный полк на Як-1, ближнебомбардировочный на Су-2 и ночной бомбардировочный на У-2 (586, 587 и 588 авиаполки соответственно), и укомплектовать их «лётно-техническим составом из числа женщин кадра ВВС КА, ГВФ и Осоавиахима». В конце 1941 - начале 1942 гг. новые авиаполки 122 авиагруппы под общим руководством М.М. Расковой формировались в Энгельсе Саратовской обл. на базе местной ВАШП, туда же поступала техника.
587 ббап под командованием лично М.М. Расковой, освоив к апрелю 1942 г. самолёты Су-2, уже в июне начал переучивание на пикирующие бомбардировщики Пе-2 по причине снятия Су-2 с производства, отчего попал на фронт последним из трёх. По злой иронии судьбы, командиру полка и всей авиагруппы Марине Михайловне Расковой не довелось участвовать в боях, поскольку она погибла в авиакатастрофе 4 января 1943 г. при перелёте на Донской фронт, куда полк перевели после недолгого пребывания в составе ВВС Калинфронта. Имя героини впоследствии было присвоено Тамбовскому ВВАУЛ.
Рисунок 5 - П.Д. Осипенко, В.С. Гризодубова и М.М. Раскова у своего рекордного самолёта
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО ИЗДАНИЯ «ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЕ СИЛЫ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА»
Казаков В.Г. - главный редактор, профессор Академии военных наук, кандидат военных наук, доцент.
Ананьев А.В. - профессор Академии военных наук, доктор технических наук.
Барабаш Д.Е. - действительный член Академии военных наук, доктор технических наук, профессор.
Батаронов И.Л. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор.
Бачкало Б.И. - заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор.
Белозерцев Е.П. - заслуженный деятель науки Российской Федерации, академик Академии военных наук, член Союза писателей, доктор педагогических наук, профессор.
Белошицкий А.В. - доктор педагогических наук, профессор.
Богословский А.В. - заслуженный деятель науки Российской Федерации, почетный радист СССР, доктор технических наук, профессор.
Бородин А.А. - член-корреспондент Академии военных наук, доктор технических наук, профессор.
Будников С.А. - действительный член академии информатизации образования, доктор технических наук, доцент.
Волынкина Н.В. - доктор педагогических наук, доцент.
Гладких В.В. - доктор педагогических наук, профессор.
Глушков А.Н. - доктор технических наук, старший научный сотрудник.
Голев И.М. - доктор физико-математических наук, профессор.
Головков А.А. - заслуженный изобретатель России, доктор технических наук, профессор.
Голубев С.В. - заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор военных наук, профессор.
Донсков Ю.Е. - доктор военных наук, профессор.
Донцов А.А. - доктор технических наук, профессор.
Дорняк О.Р. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор технических наук, доцент.
Дорофеев В.В. - почетный работник гидрометеорологической службы, почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор географических наук, профессор.
Душкин А.В. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор технических наук, доцент.
Иванцов А.В. - доктор военных наук, доцент.
Игнатенко Н.М. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор физико-математических наук, доцент.
Карандашев В.А. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор военных наук, профессор.
Кирсанов Э.А. - доктор технических наук, профессор.
Кирьянов О.Е. - доктор технических наук, доцент.
Киселёв М.А. - доктор технических наук, профессор.
Клепиков О.В. - доктор биологических наук, профессор.
Ковалев А.В. - доктор физико-математических наук, доцент.
Козирацкий А.ю. - доктор технических наук, профессор.
Козирацкий Ю.Л. - заслуженный деятель науки Российской Федерации, действительный член Академии военных наук, доктор технических наук, профессор.
Колодежнов В.Н. - заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор технических наук, профессор.
колосова л.А. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор педагогических наук, профессор.
коренной А.В. - заслуженный деятель науки Российской Федерации, почетный радист России, доктор технических наук, профессор.
коротков л.н. - доктор физико-математических наук, профессор.
костылев В.и. - доктор физико-математических наук, профессор.
кретинин А.В. - доктор технических наук, профессор.
кузнецов и.Е. - почетный работник гидрометеорологической службы, доктор технических наук, доцент. купряшкин и.ф. - доктор технических наук, доцент. куролап с.А. - доктор географических наук, профессор.
лазукин В.ф. - заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, действительный член Академии военных наук, доктор педагогических наук, профессор.
ларина т.В. - доктор педагогических наук, профессор.
леньшин А.В. - доктор технических наук, профессор.
лихачев В.п. - доктор технических наук, профессор.
макарова л.н. - почетный работник высшего профессионального образования, доктор педагогических наук, профессор.
малышев В.А. - действительный член Академии военных наук, доктор технических наук, профессор.
матвеев м.Г. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор технических наук, профессор.
махнин В.л. - действительный член Академии военных наук, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор военных наук, профессор.
мельников В.ф. - доктор технических наук, профессор. мещерякова Е.и. - доктор педагогических наук, профессор. миронов В.А. - доктор технических наук, профессор.
никулин с.с. - заслуженный деятель науки и образования Российской академии естествознания, доктор технических наук, профессор.
пастернак ю.Г. - доктор технических наук, профессор.
подольский В.п. - доктор технических наук, профессор.
попов А.В. - действительный член-корреспондент Академии военных наук, советник Российской академии ракетных и артиллерийских наук, доктор технических наук, доцент.
попов В.м. - заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор технических наук, профессор.
провоторов В.В. - доктор физико-математических наук, доцент.
просветова т.с. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор педагогических наук, профессор.
Разиньков с.н. - доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, доцент.
Рыжов Г.Б. - советник Российской академии ракетных и артиллерийских наук, доктор военных наук, профессор.
Ряжских В.и. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор технических наук, профессор.
сафронов о.с. - доктор исторических наук, доцент.
семенов м.Е. - доктор физико-математических наук, профессор.
слюсарев м.и. - доктор технических наук, доцент.
спиридонов Е.Г. - доктор технических наук, доцент.
тестов В.н. - доктор исторических наук, доцент.
титов с.А. - доктор технических наук, профессор.
Ус Н.А. - почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доктор технических наук, профессор.
Федюнин П.А. - действительный член Академии военных наук, доктор технических наук, профессор.
Филимонова О.Н. - член-корреспондент Российской академии естествознания, доктор технических наук, доцент.
Хвостов А.А. - доктор технических наук, профессор.
храмов В.ю. - доктор технических наук, доцент.
Шаршов И.А. - доктор педагогических наук, профессор.
Якименко В.С. - доктор технических наук, старший научный сотрудник.
GENERAL INFORMATION ABOUT THE EDITION
Kazakov V.G. - Editor-in-chief, Deputy Chief of the Military Educational and Scientific Center of the Air Force «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh) for Affairs and Research, Professor of the Academy of Military Sciences, Candidate of Military sciences, Assistant Professor.
Phone: 8 (473) 244-76-54 e-mail: vva@mil.ru
1. Electronic periodical edition «Aerospace forces. Theory and practice» is a peer-reviewed military-scientific Edition (hereinafter - the Edition), established the Federal State Official Military Educational Institution of Higher Education «Military Educational and Scientific Center of the Air Force N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy».
The Edition is published by the Federal State Official «Military Educational Institution of Higher Education Military Educational and Scientific Center of the Air Force N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» in accordance with the laws of the Russian Federation «About the media», «On copyright and related rights», «Electronic periodical «Aerospace forces. Theory and practice» regulation» and other legal acts on publishing.
2. The Edition is registered by the Federal service for supervision of communications, information technology and mass media as a mass media -certificate of registration of the mass media El № FS77-77749 dated February 19, 2020.
The Edition is assigned the international standard number of serial editions - the certificate of registration in national Agency ISSN and assignment of the International standard number of the serial edition (International Standard Serial Number) ISSN 2500-4352 of November 1, 2016.
The Edition is included in the list of the reviewed scientific publications in which the main results of theses for a degree of the candidate and doctor of science have to be published (the VAK list as of 27.01.2021, serial number № 739).
The Edition is included in the bibliographic database of Russian authors publications, placed in the integrated scientific information resource eLIBRARYRU, agreement № 313-07 /2017 of July 21, 2017.
3. The Edition distribution area is the Russian Federation territory. The official language of the Edition is Russian and English. The Edition is published 4 times a year. The maximum amount is 100 000 000 bytes.
The distribution method is a CD-R.
4. The Edition is placed in the information and telecommunication network Internet:
on the website of the Russian Federation Ministry of Defence: http://www.vva.mil.ru/izdaniay/ vks-teoriya-i-praktika;
on the website of the Federal State Official «Military Educational Institution of Higher Education Military Educational and Scientific Center of the Air Force N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy»: http://www.academy-vvs.ru/editions/vks;
on the website of the national bibliographic database of scientific citation of Russian scientists eLIBRARYRU: http://ww.elibrary.ru/title_about.asp?id64849;
on the website of the Open Access Scientific Electronic Library CyberLeninka, contract № 35718-01 of February 10, 2020: https://www.cyberleninka.ru/journal/n/vozdushno-kosmicheskiesily-teoriya-i-praktika?i=1055067.
ы g'
и
All articles are indexed in the Google Scholar Scientific Publications Search Engine.
All issues of the Edition are placed in the RSCI - bibliographic database of Russian authors publications, located in the integrated scientific information resource eLIBRA Y.RU.
5. The Edition presents the results of open research carried out by scientific and pedagogical personnel of military educational institutions, representatives of scientific research organizations and enterprises of the military-industrial complex, doctoral candidate and post-graduate students according to the scientific specialties: 20.00.00 - military sciences; 13.00.00 - pedagog .
6. The thematic units of the Edition are:
- Operational art and tactics;
- Military training and education, combat training, military pedagogy and psychology, management of daily activity of military units;
- Military control, communications and navigation systems;
- Radioelectronic warfare (methods and means);
- Military construction complexes and structures;
- Hydrometeorological and Geodetic support of combat actions of troops;
- System analysis, simulation of combat operations and military systems, military computer technologies;
- Armament and military equipment. Military complexes and systems;
- Combat means movement and maneuvering dynamics, external ballistics;
- Weapons and military equipment control and testing systems, military metrology;
- Operation and restoration of weapons and military equipment, technical maintenance;
- The theory and efficiency of shooting, fire control, fire suppor
- Military electronics, military instrumentation systems;
- Information warfare in the military sphere;
- Pedagogy, history of pedagogy and education;
- Theory and methodology of professional education.
7. The editorial Board is located in Voronezh, 394064, St. Bolshevikov street, 54A, phone number: 8 (473) 236-91-66, additional number: 20-33, e-mail: vva@mil.ru. Address for correspondence: 394003, Voronezh, st. Krasnoznamennaya, 153. To the secretary of the editorial board of the EPE «Aerospace Forces. Theory and Practice» Dmitry Viktorovich Mitrofanov.
8. The sign of information products is 12+.
9. Circulation of the Edition is 50 CD-Rs.
contacts
The editorial Board is located in Voronezh, 394064, St. Bolshevikov street, 54A.
Address for correspondence: 394003, Voronezh, st. Krasnoznamennaya, 153. To the secretary of the editorial board of the EPE «Aerospace Forces. Theory and Practice» Dmitry Viktorovich Mitrofanov.
1. The name of the electronic periodical edition is «Aerospace forces. Theory and practice».
2. The founder (co-founders) is Federal State Official Military Educational Institution of Higher Education «Military Educational and Scientific Centre of the Air Force N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh) the Ministry of Defence of the Russian Federation.
3. The surname and initials of the editor-in-chief is Kazakov V.G.
4. The e-mail address of the editorial Board is vva@mil.ru and the phone number is 8 (473) 236-91-66, additional number is 20-33.
Electronic periodical edition «Aerospace forces. Theory and practice» is registered by the Federal service for supervision of communications, information technology and mass media as a mass media-certificate of registration of the mass media El № FS77-77749 dated February 19, 2020.
EDITORIAL BOARD
Kazakov V.G. - Editor-in-chief, Professor of the Academy of Military Sciences, Candidate of Military sciences, Assistant Professor.
Ananev A.V. - Professor of the Academy of Military Sciences, Doctor of Technical sciences.
Barabash D.E. - Full member of the Academy of Military Sciences, Doctor of Technical sciences, Professor.
Bataronov I.L. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Physico-mathematical sciences, Professor.
Bachkalo B.I. - Honored Scientist of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Professor.
Belozercev E.P. - Honored Scientist of the Russian Federation, Academician of the Academy of military Sciences, member of the writers union, Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
Beloshicky A.V. - Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
Bogoslovskij A.V. - Honored Scientist of the Russian Federation, Honorable radio operator of the USSR, Doctor of Technical sciences, Professor.
Borodin A.A. - . orresponding member of the Academy of Military Sciences, Doctor of Technical sciences, Professor.
Budnikov S.A. - Full member of the Academy of Education informatization, Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Volynkina N.V. - Doctor of Pedagogic sciences, Assistant Professor.
Gladkih V.V. - Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
Glushkov A.N. - Doctor of Technical sciences, Senior Researcher.
Golev I.M. - Doctor of Physico-mathematical sciences, Professor.
Golovkov A.A. - Honored Inventor of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Professor.
Golubev S.V. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Military sciences, Professor.
Donskov Yu.E. - Doctor of Military sciences, Professor.
Doncov A.A. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Dornyak O.R. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Dorofeev V.V. - Honorable Worker of hydrometeorological service, Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Geographical sciences, Professor.
Dushkin A.V. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Ivancov A.V. - Doctor of Military sciences, Assistant Professor.
Ignatenko N.M. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Physico-mathematical sciences, Assistant Professor.
Karandashev V.A. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Military sciences, Professor.
Kirsanov E.A. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Kir'yanov O.E. - Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Kiselev M.A. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Klepikov O.V. - Doctor of Biological sciences, Professor.
Kovalev A.V. - Doctor of Physico-mathematical sciences, Assistant Professor.
Kozirackij A.Yu. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Koziracky Yu.L. - Honored Scientist of the Russian Federation, Full member of the Academy of Military Sciences, Doctor of Technical sciences, Professor.
Kolodezhnov V.N. - Honored Worker of Higher School Education of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Professor.
Kolosova L.A. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
Korennoy A.V. - Honored Scientist of the Russian Federation, Honorable radist of the Russia, Doctor of Technical sciences, Professor.
Korotkov L.N. - Doctor of Physico-mathematical sciences, Professor.
Kostylev V.l. - Doctor of Physico-mathematical sciences, Professor.
Kretinin A.V. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Kuznecov I.E. - Honorable worker of hydrometeorology service, Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Kupryashkin i.F. - Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Kurolap s.A. - Doctor of Geographic sciences, Professor.
Lazukin V.F. - Honored Worker of Higher School Education of the Russian Federation, Full member of the Academy of Military Sciences, Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
Larina T.V. - Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
Len'shin A.V. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Lihachev V.P. - Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Makarova L.N. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
malyshev V.A. - Full member of the Academy of Military Sciences, Doctor of Technical sciences, Professor.
matveev M.G. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Professor.
mahnin V.l. - Full member of the Academy of military Sciences, Honored Worker of Higher School Education of the Russian Federation, Doctor of Military sciences, Professor.
mel'nikov V.F. - Doctor of Technical sciences, Professor.
mescheryakova E.I. - Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
mironov V.A. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Nikulin s.s. - Academician of the Russian Academy of Natural Sciences, Honored Worker of Science and Education of the Russian Academy of Natural Sciences, Doctor of Technical sciences, Professor.
Pasternak Yu.G. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Podol'skij V.P. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Popov A.V. - Full member of the Academy of military Sciences, Advisor to the Russian Academy of rocket and artillery Sciences, Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Popov V.m. - Honored Worker of Higher School Education of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Professor.
Provotorov V.V. - Doctor of Physico-mathematical sciences, Assistant Professor.
Prosvetova T.s. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Pedagogic sciences, Professor.
Razin'kov s.N. - Doctor of Physico-mathematical sciences, Senior Researcher, Assistant Professor. Ryzhov G.B. - Advisor to the Russian Academy of rocket and artillery Sciences, Doctor of Military sciences, Professor.
Ryazhskih V.I. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Professor.
safronov o.s. - Doctor of Historical sciences, Assistant Professor.
semenov M.E. - Doctor of Physico-mathematical sciences, Professor.
slyusarev M.I. - Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
spiridonov e.G. - Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
stuchinskij V.I. - Doctor of Military sciences, Assistant Professor.
testov V.N. - Doctor of Historical sciences, Assistant Professor.
TOov s.A. - Doctor of Technical sciences, Professor.
us N.A. - Honorable Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation, Doctor of Technical sciences, Professor.
fedyunin P.A. - Full member of the Academy of military Sciences, Doctor of Technical sciences, Professor.
filimonova o.N. - Corresponding member of the Russian Academy of natural Sciences, Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Hvostov A.A. - Doctor of Technical sciences, Professor.
Hramov V.Yu. - Doctor of Technical sciences, Assistant Professor.
Sharshov LA. - Doctor of Pedagogic sciences, Professor. Yakimenko V.S. - Doctor of Technical sciences, Senior Researcher.
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ СТАТЕЙ ДЛЯ АВТОРОВ
В редакцию издания направляются для публикации научные статьи, научные обзоры, краткие сообщения, рецензии, главы монографий, подготовленные на русском языке и выполненные в текстовом редакторе Word в формате docx, ранее не публиковавшиеся в других изданиях.
Автору (ам) перед направлением рукописи в редакцию рекомендуется предварительно самостоятельно провести ее проверку на наличие орфографических ошибок и наличие плагиата с использованием бесплатных ресурсов в сети Internet и при необходимости внести в нее необходимые изменения.
В случае выявления орфографических ошибок, нарушений правил пунктуации и плагиата статья будет отклонена без дальнейшего ее рассмотрения на предмет публикации в издании.
Количество авторов в статье - не более четырех.
Рекомендуемый объем текстовой части статьи без учета УДК, ГРНТИ, названия статьи, информации об авторах, аннотации, ключевых слов, рисунков, графиков (иных графических данных), списка литературы и полной информации об авторах - от 5 до 15 страниц печатного текста формата А4, набранного через одинарный межстрочный интервал шрифтом Times New Roman 12 pt. Статьи менее и более указанного объема редколлегией не рассматриваются.
Формат страницы:
размер листа - А4,
ориентация страницы - книжная,
поля слева, сверху, снизу - 2,5 см, правое - 1 см.
Нумерация страниц - без нумерации.
Структура статьи.
Первая строка. Прописными буквами, курсивом, Times New Roman (12 пт, выравнивание по левому краю текста с абзацным отступом 1 см) проставляется индекс УДК.
Вторая строка. Прописными буквами, курсивом, Times New Roman (12 пт, выравнивание по левому краю текста с абзацным отступом 1 см) проставляется индекс ГРНТИ.
Ответственность за правильность индексирования статьи по УДК и ГРНТИ несет автор.
Третья строка - пустая.
Далее - название статьи на русском языке (не более 14 слов), прописными буквами, прямым, жирным шрифтом, Times New Roman (12 пт, без переносов, выравнивание по левому краю текста с абзацным отступом 1 см). Использование аббревиатур в названиях статей не допускается.
Следующая строка - пустая.
Четвертая строка - инициалы имени, отчества и фамилия, ученая степень, ученое звание автора (авторов) прописными буквами, курсивом, Times New Roman (12 пт, выравнивание по левому краю текста с абзацным отступом 1 см). Каждая фамилия автора печатается с новой строки.
Под каждой фамилией автора, с новой строки печатается (в одну строку) полное наименование организации, в скобках указывается местонахождение данной организации, где работает (ют) автор (авторы), строчными буквами, курсивом, Times New Roman (12 пт, выравнивание по левому краю текста с абзацным отступом 1 см). Наименование организации, где работает автор (авторы), указывается после каждой фамилии авторов, даже если они работают в одной организации.
Следующая строка - пустая.
Далее с абзацного отступа следует аннотация (см. Требования к аннотации), которая печатается с заглавной буквы, строчными буквами, прямым основным шрифтом Times New Roman размером 12 пт, без переноса слов, выравниванием по ширине и с точкой в конце.
Рекомендованный объем 150-200 слов. Не допускается в тексте аннотации использование аббревиатур (в том числе их введение), формул и ссылок на литературу. Текст аннотации на абзацы не разбивается.
Далее с новой строки с абзацного отступа печатается курсивом фраза «Ключевые слова:». Далее следуют с маленькой буквы ключевые слова (словосочетания), которые печатаются через запятую строчными буквами, прямым основным шрифтом Times New Roman, размером 12 пт, без переноса слов, выравниванием по ширине и с точкой в конце (от 5 до 10 слов (словосочетаний).
Следующая строка - пустая.
Далее следует основной текст статьи (шрифт Times New Roman размером 12 пт, абзацный отступ 1 см, одинарный межстрочный интервал, без переносов (не рекомендуется использовать символы «мягкого переноса»).
Статьи, как правило, должны иметь четкую структуру: введение, объекты и методы исследования, цель статьи (цель исследования), экспериментальную часть (если предусмотрена), результаты и их обсуждение, выводы. При использовании в тексте сокращенных названий необходимо при первом упоминании давать их расшифровку. Следует ограничиться общепринятыми сокращениями и избегать новых аббревиатур без достаточных на то оснований.
Запрещается: использовать (разреженный или уплотненный интервал для шрифта), а также кернинг. Подстрочные и надстрочные символы не следует применять вне формул.
Обязательные рубрикационные заголовки внутри статьи: «Введение», «Актуальность», «Выводы» набираются полужирным шрифтом основного текста Times New Roman 12 pt и размещаются в начале нового абзаца, и отделяются от остального текста точкой.
Математические формулы. Формульные выражения выполняются только в редакторе формул МаШТуре (версией не ниже 6.0). Формула печатается шрифтом основного текста без форматирования Times New Roman 12 pt и выравнивается по центру без абзацного отступа с
применением табуляции по центру 8,75 ( А ). Номер формулы печатается прямым шрифтом в круглых скобках с выравниванием по правому краю страницы с применением табуляции по
правому краю 17,5 ( ). В формуле все величины печатаются прямым шрифтом, за исключением переменных величин, которые печатаются курсивом. Стиль оформления формул -Математика. Перед формулой и после нее оставляют пустые строки 12 пт.
Запрещается: использовать встроенный редактор формул Еquаtiоn Editor.
Таблицы. Таблицы, по возможности, располагают на одной странице по центру листа без абзацного отступа. В названии таблицы и внутри таблицы используют шрифт Times New Roman размером 10 пт, без переносов. Выравнивание текста внутри таблицы: название колонок - по центру; название строк - по левому краю; текст внутри колонок и строк: числовые показатели -по центру, текст - по левому краю.
Название таблицы следует помещать над таблицей (без пустой строки) с ее номером через тире. Например: «Таблица 1 - Название таблицы» (выравнивание названия таблицы - по краям таблицы к левому краю таблицы без переносов слов, без точки в конце).
Перед названием таблицы, а также после самой таблицы оставляют пустые строки.
На все таблицы должны быть ссылки в статье. При ссылке на таблицу в тексте следует писать без сокращений «.. .как показано в таблице 1» или просто в скобках «(таблица 1)».
В остальном при оформлении таблиц следует руководствоваться ГОСТ 7.32-2001.
Иллюстрации (чертежи, графики, схемы, компьютерные распечатки, диаграммы, фотоснимки) помещаются в папку «Рисунки» каждая отдельным файлом. Файлы именуются номером иллюстрации, как в тексте статьи. Кроме этого, иллюстрации необходимо располагать в статье непосредственно после текста, в котором они упоминаются впервые или на следующей странице.
Иллюстрации, по возможности, располагают на одной странице по центру листа без абзацного отступа. Название иллюстрации следует помещать под иллюстрацией с использованием прямого шрифта Times New Roman, размером 10 пт (выравнивание текста - по центру, без отступа и переносов слов, без точки в конце).
Графики, схемы и т.п. выполняются в программе Visio и сохраняются в формате*.vsdx. Рисунки выполняются в формате*jpg, в оттенках серого или в цвете, в соответствии со следующими требованиями:
разрешение - не менее 300 dpi;
обтекание - «в тексте»;
буквенные и цифровые обозначения на рисунках по начертанию и размеру должны соответствовать обозначениям в тексте статьи;
толщина всех линий в иллюстрации - не менее 0,5 пт;
положение - по центру и без отступа.
При ссылке на любую иллюстрацию следует использовать следующие формулировки: «.. .как показано на рисунке 2» или просто в скобках «(рисунок 2)».
Если в статье одна формула, одна таблица или один рисунок, то их порядковый номер в ссылке и в названии обозначается, например: по тексту «.в формуле 1», «.в таблице 1», «.на рисунке 1»; в названии «Рисунок 1 - Название рисунка».
Термины и определения, единицы физических величин, употребляемые в статье, должны соответствовать действующим ГОСТам.
Далее с абзацного отступа следуют выводы (см. Требования к выводам), которые печатаются с заглавной буквы, строчными буквами, прямым основным шрифтом Times New Roman размером 12 пт, без переноса слов, выравниванием по ширине и с точкой в конце.
Список литературы. После текста статьи приводится список литературы. Слова «СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ» набирать прописными буквами, по центру, без абзацного отступа, шрифт - прямой Times New Roman размером 12 пт, без переноса слов. Перед словами «СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ», а также после необходимо оставлять пустые строки размером 12 пт. Нумерация списка литературы автоматическая с точкой после номера, с изменением отступа в списке, символ после номера «пробел». Для этого: выделить весь список литературы, включить автонумерацию, нажать правой клавишей мыши на номер первого источника и в выпадающем окне выбрать «изменить отступ в списке», вместо знака табуляции выбрать пробел. Например: 1. Ларьина О.А. Социальная работа: учеб. пособие / под ред. И.С. Росина. М.: Просвещение, 2002. 20 с. Список литературы формируется по мере употребления ссылок в тексте статьи с абзацного отступа, с обязательным указанием количества страниц в издании (ГОСТ Р 7.0.5-2008), без переноса слов. Порядковый номер ссылки по тексту оформляется в квадратных скобках (например: [1], [2-5], [3, с. 16]). В соответствии с п. 4.9.1. ГОСТ Р 7.0.5 знак точка и тире, разделяющий области библиографического описания, заменяется точкой. Не допускаются ссылки на неопубликованные работы и на авторефераты диссертаций.
Схема описания:
Заголовок описания. Основное заглавие: Сведения, относящиеся к заглавию / Первые сведения об ответственности; последующие сведения об ответственности. // Сведения об издании. Выходные данные.
Например: Ларьина О.А. Социальная работа: учеб. пособие / под ред. И.С. Росина. М.: Просвещение, 2002. 20 с.
При формировании списка литературы необходимо руководствоваться требованиями, указанными в приложении № 7.
После списка литературы - пустая строка.
Далее с новой строки основным текстом (шрифт Times New Roman размером 12 пт, абзацный отступ 1 см, одинарный межстрочный интервал) размещается знак охраны
g' и
авторского права Копирайт, фамилия и инициалы имени и отчества, год публикации. Точка в конце не ставится, например:
© Петров Е.В., 2022
Если несколько авторов статьи, то:
© Петров Е.В., Иванов Е.А., 2022
Чтобы напечатать знак охраны авторского права в операционной системе Microsoft Windows, необходимо на клавиатуре ввести комбинацию Alt+0169.
ТРЕБОВАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ СПИСКА ЛИТЕРАТУРЫ СОГЛАСНО ГОСТ Р 7.0.5-2008
Примеры оформления затекстовых библиографических ссылок в соответствии с ГОСТ Р 7.0.5-2008.
КНИГИ
Если книга (монография) написана одним, двумя или тремя авторами, то фамилии авторов перечисляются перед заглавием.
1. Шатраков Ю.Г., Ривкин М.Н., Цымбаев Б.Г. Самолетные антенные системы. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.
2. Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн. М.: Радиотехника, 2009. 720 с.
3. Спицын В.А., Веретенников В.Г. Теоретическая механика: Монография. М.: Наука, 2004.
280 с.
Если книга написана авторским коллективом, более трех человек, то фамилии авторов указываются после заглавия.
1. Особенности цифровой обработки сигналов: Монография / Т.М. Астин, В.А. Петров, Д А. Иванова, П.А. Стуров. М.: Наука, 2014. 301 с.
или
2. Особенности цифровой обработки сигналов: Монография / Т.М. Астин и др. М.: Наука, 2014. 301 с.
УЧЕБНЫЕ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЯ
1. Кушнер Ю.З. Методология и методы педагогического исследования: учебно-методическое пособие / Ю.З. Кушнер. Могилев: МГУ имени А.А. Кулешова, 2001. 66 с.
2. Коновалов Б.И. Теория авиационного управления: учебное пособие / Б.И. Коновалов, Ю.М. Лебедев. СПб.: Издательство «Лань», 2010. 219 с.
3. Остапенко О.Н., Баушев С.В., Морозов И.В. Информационно-космическое обеспечение группировок войск (сил) ВС РФ: учебно-научное издание / О.Н. Остапенко, С.В. Баушев, И.В. Морозов. СПб.: Любавич, 2012. 368 с.
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ
1. Чарпаев А.В. Параметры и режимы работы усилителя мощности: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2006. 21 с.
ДИССЕРТАЦИЯ
1. Васков А.П.. Метод решения интегральных уравнений в прикладном программировании: дис. ... канд. тех. наук. Москва, 2006. 162 с.
2. Рунда М.М. Метод контроля состояния моторных масел при длительном хранении техники: дис. ... канд. тех. наук: 05.11.13 / Рунда Михаил Михайлович, 2014. 159 с.
СТАТИСТИЧЕСКИМ СБОРНИК
1. Районы и города Кабардино-Балкарии: Стат. сб. / Кабардино-Балкариястат. Нальчик, 2013. 155 с.
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
1. Пат. 2202433 Российская Федерация, МПК7 В 21 F 7/00, 15/04. Устройство для скручивания проволоки / Шахмурзов М.М. [и др.]; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская гос. с.-х. акад. № 2001127077/12; заявл. 04.10.01; опубл. 20.04.03, Бюл. № 11.
2. Лазерный гироскоп: пат. 2 655 626 Российская Федерация, МПК G01C19/66 / Ус Н.А., Задорожний С.П., Авершин А.А., Склярова О.Н.; заявитель патентообладатель Ус Н.А. ^Ц). № 2016110364/28; заявл. 28.03.2017; опубл. 29.05.2018; Бюл. № 16.
3. Пат. 2469199 Российская Федерация, МПК 7 F 02В47/02. Устройство для обработки углеводородного топлива / А.Е. Ломовских, В.П. Иванов, Д.Е. Капустин и др.; заявитель ВУНЦ ВВС «ВВА». № 2011132517/06 опубл. 10.12.2012. Бюл. № 6. 7 с.
АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО
1. А.с. 1007970 СССР, МКИЗ В J 15/00. Устройство для захвата неориентированных деталей В С. Ваулин, В.Г. Кемайкин, С.А. Петров (СССР). № 3360585/25-08; заявл. 23.11.81; опубл. 30.03.83, Бюл. № 12. 2 с.
или
2. Устройство для захвата неориентированных деталей: а.с. 1007970 СССР: МКИ3 В 25 J 15/00/ В С. Ваулин, В.Г. Кемайкин (СССР). № 33600585/25-08; заявл. 23.11.81; опубл. 30.03.83, Бюл. № 12. 2 с.
СТАТЬИ ИЗ ЖУРНАЛОВ
1. Шафорост А.Н. Структурно-параметрический синтез транспортных систем механосборочных цехов машиностроительных предприятий // Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. № 11-2. С. 115-123.
2. Попова О.Э., Разиньков С.Н. Синтез сверхширокополосных дискретных излучающих систем с максимальными энергетическими показателями направленности и нулями парциальных угло-частотных характеристик // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2009. Т. 12. № 3. С. 46-53.
3. Гульбис С.И. Классификация показателей эффективности систем управления войсками // Наука и военная безопасность. 2008. № 4. С. 28-31.
СТАТЬИ ИЗ СБОРНИКОВ
1. Бельский А.Б. Системы технического зрения военных и специальных вертолетов. Задачи и направления развития // Проблемы эксплуатации авиационной техники в современных условиях: сборник научных статей III Всероссийской научно-практической конференции Люберцы, 16 ноября 2017 г. / Люберцы: НИЦ (г. Люберцы) ЦНИИ ВВС МО РФ, 2017. С. 101-106.
2. Подкопаев А.В. Способ определения коэффициента теплоотдачи для расчета температурного поля ствола скорострельного артиллерийского орудия // Современное состояние и перспективы развития летательных аппаратов, их силовых установок и комплексов авиационного вооружения: сб. науч. ст. по материалам Всероссийской НПК «Военно-воздушные
силы - 100 лет на страже неба России: история, современное состояние и перспективы развития» (16-17 мая 2012 г.). Ч. 3 / ВУНЦ ВВС «ВВА». Воронеж, 2012. С. 202-204.
3. Новикова Т.Г. Сетевой проект как ведущий метод интерактивного обучения // Web-технологии в образовательном пространстве: проблемы, подходы, перспективы: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. / под ред. С.В. Артюхиной. Арзамас, 2015. С. 139-148.
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ (ГОСТы, СНиПы, САНПины и т.д.)
1. ГОСТ 7.9-7. Реферат и аннотация. Москва: Изд-во стандартов, 1981. 6 с.
2. ГОСТ 7.53-2001. Издания. Международная стандартная нумерация книг [Текст]. -Взамен ГОСТ 7.53-86; введ. 2002-07-01. Минск: Межгос. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации; М.: Изд-во стандартов, 2002. 3 с.
3. ГОСТ 1759. 5-87. Гайки. Механические свойства и методы [Текст]. Взамен ГОСТ 175970. Введ. с 01.01.89 по 01.01.94. М.: Изд-во стандартов, 1988. 14 с.
4. Строительные нормы и правила: СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия [Текст]: нормативно-технический материал. М.: [б.и.], 1987. 36 с.
ССЫЛКИ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ
1. Состояние медиаобразования в мире: мнения экспертов / отв. ред. А.В. Федоров. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ifap.ru/ library/book119a.pdf (дата обращения 14.02.2018).
2. Невский Бастион. А.В. Карпенко. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://nevskii-bastion.ru/jmr-td-usa (дата обращения 05.01.2019).
3. Army Field Manual (FM) 3-99 / Airborne and Air Assault Operations. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://armypubs.us.army.mil/doctrine/index.html (дата обращения 05.01.2019).
4. Ефанов Р.В., Хильченко Р.Г., Чернухо И.И. Методический подход к обоснованию мероприятий обеспечения авиации ВКС, выполняющей задачи за пределами границ России // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2019. № 12. С. 145-152. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://academy-vvs.ru/docs/editions/VKS/zhurnal_vks/12-2019/145-152.pdf (дата обращения 01.10.2020).
АРХИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
1. Гущин Б.П. Журнальный ключ: статья // ПФА РАН. Ф. 900. Оп. 1. Ед. хр. 23. 5 л.
2. Полторацкий С.Д. Материалы к «Словарю русских псевдонимов» // ОР РГБ. Ф. 223 (С.Д. Полторацкий). Картон 79. Ед. хр. 122; Картон 80. Ед. хр. 1-24; Картон 81. Ед. хр. 1-7.
В названии места издания сокращаются названия только трех городов: М., СПб., Н. Новгород. Все остальные места издания указываются полностью. Если мест издания / издательств три или более, можно описать одно - выделенное на титуле или первое, заменяя опущенное словами «и др.».
Сокращения основного заглавия работ не применяются. В других частях описания следует руководствоваться ГОСТ 7.11, ГОСТ 7.12, например:
В русскоязычных ссылках: и другие - и др.; том - Т.; выпуск - Вып.; стр. - С.; в 3 томах (и т.п.) - в 3 т.; редактор/ры - Ред.; издание - Изд.; перевод - Пер.; книга - Кн.; часть - Ч. введен - Введ.
В англоязычные ссылках: и другие - Et al.; том - Vol.; выпуск - Iss.; стр. - P.; в 3 томах (и т.п.) - in 3 vol.; редактор/ры - Ed./Eds.; издание - Ed.; перевод - Transí.; книга - Bk.; часть - Pt.; введен - Introd.; английский - Engl.; № - No.; дата обращения - accessed.
В ссылках на иных языках используют соответствующие общепринятые сокращения на данном языке.
УДК 623.746:621.396.677. ГРНТИ 78.25.13:47.45.29
СОВМЕСТНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ И ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДИК ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА РЕШЕТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВИБРАТОРОВ НА ЦИЛИНДРАХ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ
С.Н. РАЗИНЬКОВ, доктор физико-математических наук, доцент
А.В. БОГОСЛОВСКИЙ, кандидат технических наук
Д.Н. БОРИСОВ, кандидат технических наук, доцент
Предложен способ совместного применения аналитической и численной методик электродинамического моделирования для синтеза решеток элементарных электрических вибраторов, расположенных на боковой поверхности круглого идеально проводящего цилиндра конечной длины. С использованием аналитической методики, разработанной в рамках метода наведенных токов, получены оценки поляризационных компонентов электрического поля цилиндра, возбуждаемого системой элементарных электрических вибраторов. Поверхностные токи цилиндра найдены с учетом электромагнитных связей в решетке при граничных условиях для суперпозиции полей вибраторов. При выборе вычисленных распределений токов и полей несущей поверхности в качестве начального приближения для решения задачи возбуждения взаимодействующих через вторичные излучения вибраторов в среде электродинамического моделирования Computer Simulation Technology Microwave Studio проведен расчет диаграммы направленности и коэффициента направленного действия решетки. Краевая задача для решетки электрических вибраторов, расположенной на боковой поверхности цилиндра, решена методом моментов при представлении комплексных амплитуд поверхностных токов множеством дискретных значений в узлах сетки с прямоугольной и тетраэдальной формой ячеек. Для снижения затрат на вычисление токов цилиндра в областях покрытия его поверхности сеткой с прямоугольными ячейками применяется метод подсеток Multilevel Subgridding Scheme, формирующий конформные слои с измельченным шагом дискретизации. Расчет поляризационных компонентов поля и характеристик решетки осуществлялся при активации встроенного вычислителя Frequency Domain Solver, выполняющего автоматическую генерацию координат узлов сетки для представления области поиска решения задачи о возбуждении цилиндра массивом дискретных фрагментов. Результаты аналитического расчета токов и полей цилиндра в численном формате импортировались из системы компьютерной алгебры модулем Combine Calculation Results. В целях достижения высокой точности определения характеристик и параметров решетки процедура ее синтеза включала в себя два этапа. На первом этапе в соответствии с методом неопределенных множителей Лагранжа вычислялись комплексные амплитуды токов и параметры конструкции решетки, при которых достигается наибольший коэффициент направленного действия при фиксированных уровнях диаграммы направленности на множестве угловых положений. На втором этапе при найденных параметрах конструкции в программе Computer Simulation Technology Microwave Studio проводился расчет характеристик направленных свойств решетки. При увеличении числа антенных элементов с 5 до 7 коэффициент направленного действия решетки возрастает на 1,7 дБ. За счет формирования в диаграмме направленности решетки нуля глубиной - 20дБ обеспечивается снижение уровня ее боковых лепестков в секторе углов 10°.. .60°.
Ключевые слова: антенная решетка, цилиндрическая поверхность, электродинамическое моделирование, формирование нулей диаграмм направленности.
Введение. Штыревые антенные решетки, размеры элементов которых не превышают длины волны рабочего диапазона, находят применение в радиоэлектронных комплексах на беспилотных летательных аппаратах (БЛА). Согласно [1, 2], за счет возможностей согласования антенных элементов с распределительными (питающими) линиями в широкой полосе частот, обусловленных отсутствием знакопеременных реактивных составляющих входных импедансов и значительным сопротивлением излучения [3, 4], решетки указанного типа используются:
- в средствах мониторинга радиоэлектронной обстановки для обнаружения и пеленгования источников радиоизлучений;
- в устройствах постановки преднамеренных помех для нарушения устойчивой работы информационно-телекоммуникационных систем при сохранении электромагнитной совместимости объектов, не предназначенных для деструктивных воздействий;
- в аппаратуре связи БЛА с наземными пунктами управления для информационного обмена и передачи команд управления бортовыми целевыми нагрузками и их носителями.
Ввиду низких профилей конструкций штыревые решетки удовлетворяют требованиям по массогабаритным характеристикам целевых нагрузок; при их размещении на бортах внешний облик, летно-технические характеристики и показатели радиолокационной заметности [5-7] БЛА не претерпевают изменений.
Вместе с тем, при проектировании штыревых антенных систем необходимо учитывать, что вид их диаграмм направленности (ДН) и значения коэффициентов направленного действия (КНД) существенным образом зависят от формы, размеров и электрофизических свойств несущих поверхностей [3-5].
Взаимосвязи параметров конструкций антенн и объектов, на которых они размещаются, с показателями пространственно-частотной избирательности передачи (приема) радиосигналов устанавливаются по результатам электродинамического анализа на основе решения задач возбуждения приемоизлучающих структур полями (токами) сторонних источников [8, 9]. При построении электродинамических моделей антенных систем носители представляются телами простой формы с минимальными отклонениями координатных поверхностей от реальных [6]. Рациональные параметры конструкций антенн и несущих поверхностей, обеспечивающих требуемые характеристики передачи (приема) волновых процессов, находятся путем выполнения синтеза приемоизлучающих структур в соответствии с установленными критериями [10]. Поиск параметров проводится при заданной топологии объектов; выбор технического облика конструкции антенной системы из множества равнозначных альтернативных вариантов осуществляется с учетом сложности технической реализации и уровней развития технологий производства [9].
Актуальность. Синтез антенной системы проводится по критерию, устанавливающему требования к формируемым характеристикам (как правило, ДН и КНД) и ограничения на область возможных значений параметров конструкции с предварительно заданной топологией [11]. Его суть состоит в нахождении комплексных амплитуд токов приемоизлучающей структуры при максимальном соответствии заданных и достижимых характеристик, а также параметров конструкции, при которых возможна реализация требуемого распределения токов [10, 12]. Токи антенной системы вычисляются вариативными методами [9, 10, 13] поиска условных экстремумов формируемых характеристик для текущих значений параметров приемоизлучающей структуры [12, 13]. Условия достижения данного экстремума, определяющие закономерности перехода от параметрического представления токов к единственному распределению, удовлетворяющему критерию синтеза, задаются по результатам нахождения параметров конструкции при контроле их принадлежности области допустимых значений [12].
Для решения задачи синтеза необходимо построить математическую модель антенны, устанавливающую взаимосвязи компонентов излучаемого (принимаемого) электромагнитного поля с комплексными амплитудами токов и параметрами приемоизлучающей структуры.
В предлагаемой работе представлена процедура синтеза решетки несимметричных вертикальных вибраторов, закрепленных в точках подключения выходов распределительной линии [9] на боковой поверхности идеально проводящего круглого цилиндра конечной длины, с максимальными КНД и нулями ДН фиксированной глубины. Как показано в [3, 4, 14], тела цилиндрической формы эффективно используются для представления поверхностей фюзеляжей воздушных судов самолетного типа.
Цель работы - оценка предельно достижимых значений КНД при заданных угловых положениях и глубине нулей ДН.
В [15-17] взаимосвязи поляризационных компонентов электромагнитного поля с токами и параметрами конструкций вибраторных антенных решеток получены в аналитической форме с использованием метода наведенных токов [8]. При использовании указанного метода полагается, что в первоначальном приближении амплитудно-фазовое распределение токов цилиндра может быть представлено комплексными амплитудами токов бесконечно протяженного объекта с осевой симметрией; амплитуды волн поверхностных токов монотонно убывают при удалении от возбуждающих источников - вибраторов, закрепленных на поверхности цилиндра. При этом абсолютные значения продольных составляющих токов цилиндра, затекающих на торцы, малы; поэтому поверхностными волнами токов, отраженными от краев несущей поверхности, можно пренебречь [3].
Установленные взаимосвязи ДН и КНД решеток с параметрами конструкции и токами антенных элементов и несущих поверхностей позволяют решать задачу синтеза методом неопределенных множителей Лагранжа - LaGrange's method of undetermined multipliers [10, 11]. Данный метод обеспечивает нахождение общего параметрического распределения токов антенной системы с заданными характеристиками и последующий переход к его частной разновидности при установлении ограничений для приемоизлучающей структуры. Вариационное исчисление функционалов с обыкновенными производными, определяющих взаимосвязи характеристик и параметров конструкции решеток [11], позволяет найти оптимальное решение задачи синтеза на основе принципа максимума Понтрягина [13].
Вместе с тем, ввиду наличия электромагнитных связей в решетке через поля вторичного излучения [2] возможно нарушение регулярности потенциального распределения поверхностных токов в точках закрепления вибраторов на цилиндре. Гипотеза о тождественности комплексных амплитуд первичных поверхностных токов ограниченного и бесконечно протяженного объектов с осевой симметрией не позволяет учитывать их вариации, обусловленные дифракцией излучаемого (принимаемого) поля на элементах решетки. При малых электрических размерах радиуса поперечного сечения и образующей цилиндра и высокой плотности размещения антенных элементов погрешности представления поверхностных токов могут являться источниками ошибок расчетов ДН и КНД решеток.
В [18, 19] представлены результаты электродинамического анализа решетки элементарных электрических вибраторов, расположенных на боковой поверхности цилиндра, с применением программы (среды) математического моделирования CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio [20].
Данная программа, предназначенная для расчета характеристик антенных систем при прямоугольной и тетраэдальной дискретизации приемоизлучающих и несущих поверхностей, базируется на численном решении несамосогласованных краевых задач [8] с постановкой при граничных условиях для идеально проводящих тел PBA - Perfect Boundary Approximation [20]. За счет представления поверхности объекта, в составе которого присутствуют плоские или слабо искривленные участки, в виде сеточной структуры с прямоугольными ячейками, достигается высокая точность аппроксимации токов без избыточного числа точек дискретизации области их определения. Покрытие поверхности с большим радиусом кривизны сеткой с тетраэдальной формой ячеек обеспечивает сокращение множества дискретных фрагментов по сравнению с вариантом разбиения на прямоугольные участки, наборы которых,
как показано в [20], в ряде случаев оказываются чрезвычайно большими. Для дальнейшего снижения вычислительных затрат эффективно применяется метод подсеток MSS - Multilevel Subgridding Scheme, формирующий при задании линий разбиения анализируемого объекта произвольной формы конформные слои с измельченной сеткой [20]. Расчет поляризационных компонентов поля решетки с учетом экранирования несущей поверхностью [3-5, 15-19] осуществлялся при активации вычислителя FDS - Frequency Domain Solver, выполняющего функции автоматической генерации координат узлов сетки в интересах представления области поиска решения краевой задачи в виде дискретных фрагментов.
Однако реально высокое быстродействие программы CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio, позволяющее проводить многократные вычислительные эксперименты при различных параметрах конструкций с целью рационального выбора их значений, может быть получено только при корректном задании исходного приближенного распределения токов приемоизлучающих и несущих поверхностей. В частности, такое распределение находится с использованием аналитических моделей объектов. С этой целью в программе CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio реализована функция импорта данных численного формата из широкого перечня систем компьютерной алгебры с сохранением во встроенном средстве ^R - Combine Calculation Results [20]. Таким образом, тематика исследования, связанная с определением правил и построением процедуры совместного использования аналитических моделей и программ электродинамического моделирования объектов для синтеза штыревых антенных решеток, расположенных на боковой поверхности круглого идеально проводящего цилиндра, является актуальной.
Математическая модель и методика расчета характеристик линейной решетки элементарных электрических вибраторов, расположенной на боковой поверхности круглого идеально проводящего цилиндра конечной длины. При построении математической модели исследуемой антенной решетки будем полагать, что круглый цилиндр с радиусом поперечного сечения а и длиной образующей h, выступающий в качестве несущей поверхности, расположен в однородном, изотропном, бесконечно протяженном пространстве. Для описания местоположения элементов решетки и расчета поверхностных токов зададим цилиндрическую систему координат (р, ф, z), в которой ось Oz совпадает с центральной продольной осью цилиндра. В интересах снижения сложности математических преобразований без потери общности рассуждений точку О расположим на равном удалении краев, т.е. через его торцы проходят плоскости z = ± h/2 . Для вычисления поляризационных компонентов поля, а также ДН и КНД решетки определим сферическую систему координат (г, ф, 0), совместив ее центр с началом цилиндрической системы координат.
Антенная решетка представляет собой систему из N элементарных электрических вибраторов, расположенных с шагом d ; позиция, в которой размещается первый (ближайший к одному из торцов) элемент, характеризуется координатами (a, 0, l); расстояние l
удовлетворяет следующим условиям: |l| < h/2 и |l| < h — (N — 1)d.
Согласно [11], ненормированная комплексная ДН решетки имеет вид
N
F (0, Ф) =Е i*fn (0, ф) ■
n =1
(1)
где in - комплексная амплитуда тока n— го антенного элемента, n = 1,...,N,
fn (0, ф) = Dn (0, ф) exP | — j (acos (ф — ф0) sin0 + (l + (n — 1) d) cos0) j
(2)
/п (0, ф) - парциальная диаграмма п— го вибратора на длине волны X, Бп (0, ф) -дифракционный множитель несущей поверхности, устанавливающий закономерности изменения формы ДН решетки (1), расположенной в свободном пространстве, за счет наведения поверхностных токов цилиндре [3, 4], * - знак комплексного сопряжения. При анализе решетки, размещенной в свободном пространстве, множитель Бп (0, ф) = 1, а парциальная диаграмма (2) приобретает вид комплексной экспоненты (при ф0 = 0 и I = 0 ).
Исходя из определения ДН решетки (1), выражение для КНД, определяющего степень превышения мощности излучаемого (принимаемого) электромагнитного поля над уровнем, характерным для гипотетической изотропной антенны [9], представим в виде
С
N N
V
О(0, ф) = 4п £ £ гпСпР(0, ф) гр Vп=1 р=1
N N
\
—1
£ £ I п ^пр ^р V п=1 р=1
(3)
у
где
СПр(0, ф) = /(0, ф)/(0, ф), п, р = 1,..., N,
(4)
- пространственно-энергетические коэффициенты электромагнитного взаимодействия п— го и р — го антенных элементов [11],
2 пп
ЯПр = | | /(0, ф) /р(0, ф>т0ё0ёф, п, Р = 1,.,N,
(5)
о о
- выражение для расчета мощности поля, излучаемого (принимаемого) гипотетической изотропной антенной, по уровню которого изменение мощность поля решетки с ДН (1).
Применяя для расчета дифракционного множителя метод наведенных токов [8], запишем асимптотические оценки поляризационных компонентов электрического поля решетки в дальней зоне несущей поверхности [14-16]:
ехР| — ]
. 2 п г
Ё0 (r, 0 ф) = —]-
X
2 г X
N N
^о с £М0п (0, ф) + £ Ьфп (0, ф)
п=1 п=1
(6)
ехр| — ]
. 2 п г
Ёф (r, 0 ф) = —з-
X
2 г X
N N
£Мфп (0, ф) + £ Ь0п (0, ф) п=1 п=1
(7)
где
М0[ф] п (0, ф)
А)[ф]п (0, ф)
М,
0[ф](0, ф) 0[ф]1
¿огт] (0, ф)
ехр <
2 ж I
у — (acos(ф —ф0) sin0 + (I + (п — 1) ё )cos 0>, (8)
- локальные дифракционные функции, характеризующие изменение распределения поля п — го вибратора, п = 1,..., N, за счет рассеяния на несущей поверхности
М0 (0, ф) Ь0(0, Ф)
2л V 2
: а sin0 | |
0 -И/2
' Нф(а, Ф', 2)
- Еф (а, ф', 2)
ехр
2л
у — (а cos (ф-ф ') 8т0 + г'cos 0)
'ёф ', (9)
Мф (0, ф) Ьф(0, ф)
2л V2
а | |
0 -И/2
- Н (а, ф ', 2 ') Е2 (а, ф ', 2 ')
ехр
2л
у-(а С08 (ф - ф ') 8Ш0 + 2 '008 0)
К
ёг ёф '.
(10)
- дифракционные функции магнитного и электрического полей цилиндра [21], Нф и(г', ф', 2') и Еф [2](г', ф', 2') - компоненты магнитного и электрического полей на поверхности г' = а бесконечно протяженного цилиндра, ц 0 - магнитная проницаемость свободного пространства, с - скорость света.
Для вычисления определенных интегралов в (9) и (10) используем принцип эквивалентности полей и наведенных ими поверхностных токов и разработанный в [22] способ аппроксимации токов объектов с осевой симметрией рядами цилиндрических функций. При этом дифракционные функции полей цилиндра (9) и (10) вычисляются в аналитическом виде, а локальные дифракционные функции источников, расположенных в точках закрепления элементов решетки на несущей поверхности, находятся путем суммирования рядов тригонометрических функций азимутальных гармоник [22] с весовыми коэффициентами в виде соотношений функций Ханкеля.
В результате выполнения указанных процедур из (2), (6) - (10) получим
(0, ф) = ^и20(0, ф) + Б2Пф(0, ф) , п = 1,...,N,
(11)
где
0 (0, ф) =
2 л 2ц 0 10 а
К2
,2л
2соб0 С0Бф ехрI у — Бт0С0Бф I- ^8тутС0Б(тф)уп
К
т=0
(12)
0 (0, ф) = - ^^^
К2
2Бтф ехр| у — Бт0С0Бф |-]ГУ"Бт(тф)у V К У т=1
ф
пт
(13)
- азимутальная и аксиальная составляющие дифракционного множителя цилиндра [16, 17] для
Г1, т = 0
п - го элемента решетки, п = 1,...,N, 10 - длина электрического диполя, 8т = <{ .
[2, т Ф 0
Входящие в (12) и (13) коэффициенты уЩт , т > 0, и уфт, т > 1, вычисляются по правилам [8]:
с ж к
у0 = Г к 1 пт J
Н т I ^ а
■ —
нт2)|
2 л а
а
тК 2ла
Н (2) ( 2л а
а нт
К
а
н
(2)1
2 л а
а
(14)
х
ы Э1
и
exp
j — (h - (i+(n -1) d)) (cose - к) X
exp
jt[2 -(l+ (n-1)d) 1 (cose-к)
d к.
cose - к
(2)1
уф -i nm
H
да m
= J
2na
a H
(2)
a
2na
I
(15)
a
exp
2л
j — (h - (l + (n -1) d)) (cose - к) X
exp
,2л Г h
j
X I 2
-(l + (n-1)d) I(cose-к)
d к.
cose - к
а/1 - к2 - продольное волновое число [21, 22], H^ (• • •) - функция Ханкеля второго рода
где a = V1 - к
m - го порядка, H
(2)
2 л a
X
- a I - ее производная по переменной r в точке r = a.
Таким образом, выражения (1), (2), (11)—(15) позволяют осуществлять анализ ДН решетки электрических вибраторов на боковой поверхности идеально проводящего цилиндра конечной длины. При совместном использовании выражений (3)-(5) с учетом (2), (11)—(15) могут быть установлены взаимосвязи КНД решетки с параметрами ее конструкции и размерами цилиндра.
Методика синтеза антенной решетки с максимальным КНД при ограничениях на форму ДН. Повышение КНД антенной системы, достигаемое за счет уменьшения ширины ДН, как правило, сопровождается ростом ее боковых лепестков [3, 9]. Подавление среднего уровня боковых лепестков ДН обусловливает ухудшение направленных свойств. Представленные в [10, 11] методики синтеза антенных решеток с минимальным среднеквадратическим отклонением ДН или квадрата ДН от требуемой формы [10] позволяют достаточно точно восстановить заданные показатели пространственно-частотной избирательности передачи (приема) сигналов, ввиду того, что главный луч ДН приобретает искомую форму, однако не обеспечивают сохранение максимальных значений КНД. При минимизации среднеквадратического отклонения ДН от требуемой формы КНД антенной системы убывает пропорционально ширине главного луча во второй степени [9, 10].
В представленной работе на основе метода неопределенных множителей Лагранжа -LaGrange's method of undetermined multipliers выполнен синтез антенной решетки по критерию максимизации КНД при формировании нулей ДН в фиксированных направлениях. При этом в отличие от [9, 11] одиночный множитель Лагранжа, минимизирующий интегральное различие исходной и требуемой ДН в круговом секторе углов [10], заменяется набором множителей Лагранжа для Q < N-1 направлений (Qq, ф9), q = 1,—, Q .
Используя определение ДН F(e, ф) = |F(e, ф)|, в которой контролируются уровни a q при (eq, фq ), q = 1,—, Q, и выражение (3) для вычисления КНД решетки с учетом (2), (4), (5), по аналогии [23] с критерий синтеза зададим системой уравнений
G(e0, Ф 0) ^ max,
F(eq, фq) = aq, q = 1, — ,Q, Q < N -1.
(16)
x
X
X
Согласно методу неопределенных множителей Лагранжа, токи антенных элементов I п, п = 1,..., N, в (1), (3), обеспечивающие достижением максимального КНД при 0 фиксированных уровнях ДН решетки, удовлетворяют параметрическому распределению, соответствующему минимуму функционала
N N
Q
N
Ф = Z Z *П Snp ip + Z \ Z fn (eq, фд ) i
(17)
n=1 p=1
q=0
n=1
где X ? - неопределенные множители Лагранжа, д = 1,...,0, выступающие параметрами комплексных амплитуд токов.
Вычисляя первую производную функционала (17) по компонентам вектора-столбца ¡п, п = 1,., N, и приравнивая ее нулю, получим систему линейных алгебраических уравнений относительно искомого распределения токов решетки
Q * N t
'n ="Z Z Snp fp(öq' Фд)'
(18)
q=0 p=1
где $Пр - элементы матрицы, обратной $пр, п, р = 1,..., N.
Входящие в (18) неопределенные множители Лагранжа являются корнями системы линейных алгебраических уравнений, формируемой в результате подстановки распределения токов (18) в (1), а полученного выражения - во второе уравнение системы (16)
Q
N N
Z Ь, Z Z fn(вд, Фд) snpfp(0,, ф,) = -«q , q = 0,...,Q .
(19)
s=0
n=1 p=1
Решение полученной системы уравнений найдено с применением системы компьютерной алгебры MathCAD 15 симплекс-методом при преобразовании обращаемой матрицы в левой части (19) к каноническому виду с выбором наибольшего по модулю коэффициента. Токи антенных элементов, удовлетворяющие распределению (18) с множителями Лагранжа, обращающими в тождества уравнения системы (19), с помощью встроенного устройства ^R - Combine Calculation Results импортировались в среду электродинамического моделирования CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio. За счет выполненных преобразований стала возможной корректировка амплитуд и фаз токов каждого вибратора.
На персональной ЭВМ с процессором Intel Core i7-10700K и объемом оперативной памяти 32 Гб проведен расчет ДН линейной решетки из N = 5 вибраторов высотой ¡0/Л = 0,2,
расположенных с шагом d/X = 0,25 на цилиндре с нормированной длиной к/X = 5 и электрическим радиусом а/ X = 0,3. Результаты расчета приведены на рисунке 1а.
На рисунке 1б изображена ДН этой же решетки при формировании нуля глубиной - 20 дБ по критерию (16).
Из сопоставления представленных результатов следует, что в направлении локального максимума ДН на рисунке 1а создан глубокий экстремум ДН на рисунке 1б при увеличении заднего лепестка.
На рисунке 2 сплошными линиями представлены ДН решеток из N = 5 (рисунок 2а) и N = 7 вибраторов (рисунок 2б) с КНД 7,4 дБ и 9,2 дБ соответственно; пунктиром приведены ДН
с синтезированными нулями. Для решетки из N = 5 элементов нуль получен в направлении 180°, минимальные значения ДН приходятся на сектор улов шириной порядка 60°; КНД достигает значения 6,2 дБ, увеличение заднего лепестка не превышает 2 дБ. Для решетки из N = 7 элементов нуль ДН формировался в направлении 135°; при этом достигнут секторный провал ДН с угловой шириной 10° при снижении КНД до 8,1 дБ.
В целях оценки возможностей повышения КНД антенных решеток при сформированных нулях ДН проводилась циклическая многократная корректировка распределений амплитуд и фаз токов на вибраторах в подпрограмме CCR - Combine Calculation Results.
а)
б)
Рисунок 1 - Нормированные ДН антенной решетки из N=5 элементов без специально создаваемых нулей (а)
и с одним сформированным синтезированным (б)
а)
180
б)
300
270
240
Рисунок 2 - Нормированные ДН антенных решеток из N=5 (а) и N=7 элементов (б) без специально создаваемых нулей (сплошные линии) и со сформированными по критерию (16) нулями
Диаграммы направленности решеток сформированы при последовательной коррекции за счет добавления контролируемых в соответствии с критерием (16) значений ат, д = \,...,0, в О =4 направлениях ср д = \,...,0, представленных в таблице 1; величина а0 = 1, уровни
«j = а0 = «з = а4 = 0,1.
Таблица 1 - Значения глубины и угловые положения формируемых нулей диаграмм направленности кольцевых антенных решеток с максимально достижимыми КНД
Нормированное межэлементное расстояние в решетки Угловые положения нулей диаграмм направленности решеток, °
^2 ^3 ^4
d/ Х= 0,25 15 165 0 180
d/ к= 0,3 45 135 20 160
Нули диаграмм направленности антенных решеток создаются за счет симметричного изменения абсолютных значений и инверсного изменения фаз токов на элементах. При формировании диаграмм направленности, представленных на рисунках 1 и 2, сначала фиксировались уровни а, 0, а затем добавлялись контролируемые значения аъ 4 для угловых
положений вблизи локальных максимумов боковых лепестков.
За счет корректировки КНД решетки из N = 5 элементов возрос с 7,4 дБ до 7,5 дБ за счет сужения главного луча и сокращения углового сектора, где глубина экстремумов не превышает - 20 дБ, с 60° до 35° при выполнении требований к ДН , установленных вторым уравнением системы (16). Для решетки из N = 7 элементов установлено, что при практически неизменном КНД (9,2 дБ) за счет дифракционных искажения токов в точках закрепления вибраторов на несущей поверхности секторный провал ДН сужается с 10° до 5°.
Выводы. Обоснованы пути совместного применения аналитической и численной методик электродинамического моделирования для синтеза решеток элементарных электрических вибраторов, расположенных на боковой поверхности круглого идеально проводящего цилиндра конечной длины. Аналитическая модель предназначена для нахождения асимптотических оценок поляризационных компонентов электрического поля решетки в дальней зоне несущей поверхности; полученные при ее использовании результаты являются исходными данными для построения методики численного решения краевой задачи для решетки на несущей поверхности в среде электродинамического моделирования CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio. Постановка краевой задачи для решетки выполнена при граничных условиях для суперпозиции полей антенных элементов и поверхности цилиндра, а расчет токов выполнен путем частичного обращения операторов несамосогласованных уравнений методом моментов. Расчет характеристик решетки осуществлялся на персональной ЭВМ с процессором Intel Core i7-10700K и объемом оперативной памяти 32 Гб.
Согласно положениям метода неопределенных множителей Лагранжа, выполнен синтез решеток с максимально достижимыми КНД при контроле ДН на заданном множестве углов. Показано, что КНД решеток из N = 5 и N = 7 элементов, расположенных на цилиндрах резонансных размеров [8], составляют 7,4 дБ и 9,2 дБ соответственно. При формировании в ДН нулей глубиной - 20 дБ наблюдается снижение КНД решеток на 1,1...1,2 дБ при обеспечении провалов ДН в секторах углов шириной 10°.. .60°.
По результатам циклической многократной корректировки распределения токов решетки, удовлетворяющего используемому критерию синтеза, в программе электродинамического моделирования CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio установлено, что за счет электромагнитного взаимодействия между антенными элементами [8, 9] через поля вторичного излучения [9, 15-17] теоретически достижимые сектора провалов ДН сокращаются до 5°...35°.
Таким образом, совместное применение аналитических и численных методик электродинамического моделирования антенных систем на несущих поверхностях позволяет находить их реально достижимые характеристики и параметры конструкций при рациональном распределении вычислительных затрат. Полученные результаты позволяют успешно решать прикладные задачи разработки и конструирования антенных систем, предназначенных для применения в составе мобильных радиоэлектронных комплексов.
Направления дальнейших исследований связаны с построением комплексных численно-аналитических моделей антенных решеток на металлодиэлектрических цилиндрах, которыми, согласно [14], могут быть представлены участки несущих поверхностей летательных аппаратов со сниженной радиолокационной заметностью [6, 7, 16]. В программе электродинамического моделирования CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio реализован метод тонких стенок TST - Thin Sheet Technique, позволяющий выполнить аппроксимацию кубических ячеек из диэлектрического материала. При совместном использовании его с методом подсеток MSS - Multilevel Subgridding Scheme выполняется детальная аппроксимация анализируемого объекта с поверхностью сложного профиля множеством конформных слоев с различными диэлектрическими свойствами [20].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ашихмин А.В. Проектирование и оптимизация сверхширокополосных антенных устройств и систем для аппаратуры радиоконтроля. М.: Радио и связь, 2005. 365 с.
2. Моделирование малогабаритных сверхширокополосных антенн // под ред. В.Б. Авдеева и А.В. Ашихмина. Воронеж: Воронежский госуниверситет, 2005. 223 с.
3. Резников Г.Б. Антенны летательных аппаратов. М.: Советское радио, 1967. 416 с.
4. Шатраков Ю.Г., Ривкин М.И., Цымбаев Б.Г. Самолетные антенные системы. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.
5. Тимошенко А.В., Разиньков С.Н., Разинькова О.Э., Громов Р.В. Современное состояние и задачи совершенствования методических основ построения антенных решеток беспилотных радиотехнических комплексов // Воздушно-космические силы: теория и практика. 2020. № 14. С. 63-83. [Электронный ресурс]. Режим доступа: Ы^://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vks/14-2020/63-83.pdf (дата обращения 09.09.2021).
6. Ананьин Э.В., Ваксман Р.П., Патраков Ю.М. Методы снижения радиолокационной заметности // Зарубежная радиоэлектроника. 1994. № 4/5. С. 5-21.
7. Львова Л.А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов. Снежинск: РФЯЦ ВНИИТФ. 2003. 232 с.
8. Неганов В.А., Осипов О.В., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн / под ред. В.А. Неганова и С.Б. Раевского. М.: Радио и связь, 2004. 648 с.
9. Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн. М.: Радиотехника, 2009. 720 с.
10. Кашин В.А. Методы фазового синтеза антенных решеток // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 1997, № 1. С. 47-60.
11. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем (теория и методы расчета). М.: Радио и связь, 1974. 232 с.
12. Марков Г.Т., Васильев Е.Н. Математические методы прикладной электродинамики. М.: Советское радио. 1970. 120 с.
13. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука. 1983. 392 с.
14. Шорохова Е.А. Излучение и дифракция электромагнитных волн в естественных и искусственных неоднородных материальных средах: диссертация ... д-ра физ.-мат. наук:
01.04.03. Нижний Новгород: Научно-исследовательский институт измерительных систем имени Ю.Е. Седакова, 2010. 342 с.
15. Разиньков С.Н., Богословский А.В., Борисов Д.Н. Исследование направленных свойств решеток элементарных электрических вибраторов на круглых идеально проводящих цилиндрах конечной длины // Радиотехника. 2020. № 2 (3). С. 46-54.
16. Разиньков С.Н., Разинькова О.Э., Баранов С.О. Анализ диаграмм направленности и бистатического рассеяния линейных антенных решеток беспилотного летательного аппарата со сниженной радиолокационной заметностью // Радиотехника. 2020. № 5 (10). С. 43-52.
17. Разиньков С.Н., Разинькова О.Э., Баранов С.О., Евсеев А.В. Минимизация эффективной площади рассеяния антенной решетки с нулями диаграммы направленности // Воздушно-космические силы: теория и практика. 2021. № 17. С. 218-229. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vks/17-2021/218-229.pdf (дата обращения 09.09.2021).
18. Богословский А.В., Борисов Д.Н., Разиньков С.Н., Разинькова О.Э. Моделирование и анализ диаграмм направленности решеток элементарных электрических вибраторов на боковой поверхности цилиндра конечной длины // Сборник трудов ХХ Международной научно-технической конференции «Информатика: проблемы, методы, технологии». Воронеж: ВГУ, 2020. Часть 2. С. 368-377.
19. Разиньков С.Н., Богословский А.В., Борисов Д.Н., Матвеев Д.С. Анализ вибраторных антенных решеток малозаметных беспилотных летательных аппаратов самолетного типа // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 18. С. 227-236. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vks/18-2021/227-236.pdf (дата обращения 09.09.2021).
20. Курушин А.А., Пластиков А.Н. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio. М.: МЭИ, 2011. 155 с.
21. Васильев Е.Н. Возбуждение тел вращения. М.: Радио и связь, 1987. 271 с.
22. Kuehl H.H. Radiation from a radial electric dipole near a long finite circular cylinder // IRE Transaction. 1961. Vol. AP-9. No 6. P. 546-553.
23. Разиньков С.Н., Богословский А.В. Синтез кольцевых антенных решеток с максимальными коэффициентами направленного действия и нулями диаграмм направленности // Антенны. 2011. № 5 (168). С. 26-29.
© Разиньков С.Н., Богословский А.В., Борисов Д.Н., 2021
