CC BY
116
УДК 623.624.2
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ СТАНЦИИ ПОМЕХ В КОЛОННЕ ОБЪЕКТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНО-ЛУЧЕВЫХ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ ГИПЕРЗВУКОВЫХ РАКЕТ
С.В. Утемов
Разработана математическая модель обстрела колонны объектов с вертолёта гиперзвуковыми управляемыми по лазерному лучу ракетами в условиях создания имитирующих помех автоматической ЛЛСН. По результатам моделирования определены сектора наиболее вероятных углов обстрела колонны целей и исследовано влияние расположения лазерной станции активных помех в колонне.
Ключевые слова: математическая модель, лазерная станция помех.
В ряде ведущих зарубежных стран в рамках комплексной программы НАТО «БС8 - боевые системы будущего» [1] были разработаны и приняты на вооружение автоматические лазерно-лучевые системы наведения (ЛЛСН) гиперзвуковых ракет [2-5]. Эти системы значительно повысили боевые возможности противника по поражению наземных целей. Специфика автоматической ЛЛСН заключается в том, что ракета наводится не в лазерном луче, а в пространственном растре, образованном сканирующим лазерным лучом, и команды наведения вырабатываются бортовыми процессорами ракеты на основе анализа информации, содержащей данные о положении ракеты в этом растре.
Важность задач, возлагаемых на автоматические ЛЛСН ракет, высокая эффективность поражения бронированных, легкобронированных и небронированных целей в тактической глубине, с одной стороны, и всё возрастающая потребность защиты наземных целей, с другой стороны, выдвигают эти ЛЛСН в ряд важнейших и первоочередных объектов оптико-электронного подавления (ОЭП). Одним из способов ОЭП автоматических ЛЛСН ракет является способ, основанный на применении лазерных имитирующих помех [6], создаваемых путём отражения помехового лазерного излучения от формирующей оптики передающего канала ЛЛСН. Для этого отражённое от элементов формирующей оптики передающего канала ЛЛСН помеховое излучение должно попасть на вход оптической системы бортового фотоприёмного устройства (ФПУ) ракеты в момент формирования временного строба и превысить пороговую чувствительность фотоприёмника [6-8].
Ранее в [9] разработана математическая модель автоматической ЛЛСН, обеспечивающая получение вероятности попадания ракеты в цель при воздействии лазерных помех на ЛЛСН. Однако в этой модели не учитывались возможности подсистем разведки, их размещение на объектах, а также основные пространственно-
Утемов Сергей Владимирович - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, тел. (4732) 20-92-36
энергетические и временные соотношения, имеющие место при атаке группы объектов ракетами в условиях постановки помех, создаваемых лазерной станцией активных помех (САП), установленной на одном из объектов. Кроме того, имеющиеся сведения об особенностях построения, основных тактико-технических характеристиках, алгоритмах функционирования автоматических ЛЛСН не позволяют проводить количественную оценку эффективности стрельбы ракетами по группе наземных целей и обосновывать требования к секторам их защиты и расположению лазерной САП в колонне защищаемых объектов.
Цель статьи - разработка математической модели обстрела колонны объектов с вертолёта гипер-звуковыми управляемыми по лазерному лучу ракетами в условиях создания имитирующих помех автоматической ЛЛСН и исследование влияния расположения лазерной САП в колонне на эффективность подавления ЛЛСН.
Для решения этой задачи была разработана математическая модель, которая воспроизводит основные пространственно-энергетические и временные соотношения, имеющие место при атаке объектов ракетами с учётом особенностей функционирования автоматической ЛЛСН. Структурная схема модели представлена на рис. 1.
Основным показателем, рассчитываемым с использованием разработанной модели, является математическое ожидание числа поражённых целей -относительный ущерб 8т, наносимый колонне из N объектов при их одновременном обстреле гиперзву-ковыми управляемыми по лазерному лучу ракетами, определяемый по формуле:
N - N П
зт = (1-------) *100 % ,
т N
где ^ - количество поражённых ракетами целей.
Исходные предположения и допущения, принятые в модели, сводятся к следующему: объекты поражения находятся в колонне; интервалы между объектами одинаковы; линейные размеры объектов равны; максимальный размер сектора, в котором наводятся ракеты, в соответствии с [2-5] составляет 5x5 градусов; объекты, не попадающие в этот сектор, не обстреливаются.
Модель состоит из четырёх основных блоков: блока моделирования взаимного расположения вертолёта с ЛЛСН и колонны защищаемых объектов; блока расчёта текущих координат ракет при наведении их на цели; блока расчёта мощности сигнала на входах ФПУ ракет, а также блока обработки результатов моделирования.______________ _______________
d 2 = н 2 + D,2 ,
D,-І sin Y,-1
Yi
Рис. 1. Структурная схема оценки пространственных характеристик обстрела целей
Блок моделирования взаимного расположения вертолёта с автоматической ЛЛСН и колонны защищаемых объектов предназначен для воспроизведения случайных реализаций совокупности дальностей, углов, секторов и количества обстреливаемых целей. Схема расположения вертолёта и колонны объектов приведена на рис. 2.
Рис. 2.
Схема расположения вертолёта и колонны объектов
С
учётом обозначений, используемых на рис. 2, в этом блоке рассчитываются следующие параметры:
D,
Df = Df-i + L2 - 2D і-і L cos Y,-l >
d 2 + d 2 - T 2 N-1
в і = arccos —'■----—-, K = ^ в і + 2в1 2,
2 dtd,+i ^i 1,2
где d, - наклонная дальность от вертолёта до i-й цели; в і - угол между i-й целью и направлением на вертолёт; ^ - угол атаки колонны объектов в азимутальной плоскости; в12 - углы сканирования относительно первой и последней обстреливаемой цели в колонне; D, - дальность между ,-й целью и вертолётом в горизонтальной плоскости; K - количество секторов, в которых осуществляется наведение ракет; H - высота полёта вертолёта; N - количество обстреливаемых целей; L - интервал между объектами в колонне.
Исходными данными для расчёта пространственно-временных характеристик обстрела колонны наземных объектов являются диапазоны изменения высот полёта вертолёта, возможных дальностей и углов пуска ракет, максимальное количество обстреливаемых целей, интервалы между ними в колонне.
Блок расчёта текущих координат ракет при наведении на цели предназначен для моделирования полёта ракет в растре точного наведения ЛЛСН. Для каждого поворота зеркала сканирующей ЛЛСН производится проверка условия поступления сигнала управления на вход фотоприёмного устройства каждой из наводимых ракет и определяются координаты ракет в зависимости от времени (дальности) полёта. Подробное описание функционирования этого блока приведено в [8]. Исходными данными для расчёта текущих координат ракет являются дальности до обстреливаемых целей; положение и количество элементов растра наведения, в которых эти цели находятся.
В блоке расчёта мощности помехового сигнала на входах ФПУ ракет проводится оценка пространственно-энергетических характеристик отражённого от формирующей оптики ЛЛСН помехового излучения, формируемого лазерной САП, для различных углов поворота зеркала сканирующей системы наведения УР и текущих дальностей их полёта. На выходе этого блока рассчитываются плотности мощности помехового излучения в плоскости ФПУ ракет в зависимости от текущей дальности полёта УР при различных углах и дальностях постановки помех, мощности и расходимости излучения САП. Подробное описание методики расчёта мощности помехового сигнала на входах ФПУ ракет приведено в [7].
Исходными данными для оценки условий формирования помех на входах ФПУ ракет являются дальность и момент постановки помех, положение каждой ракеты в растре наведения, мощность и расходимость помехового излучения, частота повторения помеховых импульсов.
Блок обработки результатов моделирования реализован с учётом особенностей построения других блоков модели и предназначен для определения математического ожидания количества поражённых ракетами объектов. При этом учитывается, что процесс обстрела целей моделируется многократно с использованием независимых реализаций внешних случайных воздействий (углов и дальностей обстрела целей, взаимного расположения вертолёта с ЛЛСН и защищаемых объектов). Поэтому процесс определения показателя эффективности атаки сводится к статистической обработке результатов моделирования по независимым реализациям п испытаний (прогонов) модели. Многообразие условий моделирования привело к необходимости постановки задачи планирования многофакторного машинного эксперимента, решение которой позволило определить оптимальное значение числа испытаний (реализаций) процесса моделирования при заданных значениях точности и надёжности оценки результатов моделирования.
В результате проведённого машинного эксперимента для различных значений п = 10; 100; 1000 при доверительных вероятностях 0,9; 0,95 и 0,99 были получены статистические оценки (математическое ожидание тх и среднеквадратическое отклонение <ух ) показателя эффективности - математического ожидания числа поражённых объектов гиперзвуковыми ракетами, наводимыми с помощью автоматической ЛЛСН.
Расчёт доверительного интервала (его верхней Яд и нижней Ян границ) проводился в предположении, что случайные величины распределены по нормальному закону
п
= тх + I— '
Vп
где t - квантиль доверительной вероятности, определяемый по таблицам.
Результаты машинного эксперимента с полученными оценками точности и надёжности результатов моделирования приведены в таблице.
~ моделирования
Число испытаний (прогонов) модели Довери- тельная вероят- ность Довери- тельный интервал Точность моделирования, %
0,9 2,48 31,4
п=10 0,95 3,18 40
0,99 2,24 56
0,9 0,62 8
п=100 0,95 0,80 10
0,99 1,14 15
0,9 0,20 2,5
п=1000 0,95 0,26 3,4
0,99 0,36 4,7
Из таблицы видно, что для моделирования с точностью 2,5...4,7 % и надёжностью 0,9...0,95 потребуется не менее П = 1000 испытаний (машинных экспериментов).
С использованием разработанной математической модели проведём оценку эффективности лазерной САП, установленной на одном из защищаемых объектов.
Для оценки возможностей обстрела колонны целей гиперзвуковыми управляемыми по лазерному лучу ракетами, наводимыми вертолётной автоматической ЛЛСН, на рисунке 3 приведены зависимости относительного ущерба (потерь) 8Т объектов от углов их обстрела для двух значений дальности стрельбы (минимальной Ь=1 км и максимальной Ь=5 км).
Рис. 3. Сектора наиболее вероятных углов обстрела колонны целей
Из рис. 3 видно, что максимальный ущерб наносится при атаке вдоль колонны целей и стрельбе с дальности 5 км. При атаке колонны целей с малой дальности Ь=1 км возникают ограничения по количеству обстреливаемых целей за одну атаку, в результате чего количество поражённых целей снижается на 20...30%.
Влияние мощности САП и её расположения в колонне объектов на эффективность их защиты от гиперзвуковых управляемых по лазерному лучу ракет иллюстрируется рис. 4, на котором приведены зависимости относительных потерь объектов от расположения САП и их мощности. При расчётах принималось, что угловая расходимость помехового излучения составляет 1,5 угл.мин., длительность импульсов 10-6 с, а их частота 25 кГц. Мощность в импульсе излучения САП варьировалась в диапазо -
Рис. 4. Зависимости относительных потерь объектов от расположения лазерной САП в колонне и мощности помехового излучения
Из рис. 4 видно, что наименьший ущерб наносится колонне объектов при нахождении САП в её середине. Мощность излучения САП в импульсе должна составлять порядка 103 Вт, поскольку её увеличение даже на 40 дБ приводит к незначительному (на 5.10 %) уменьшению потерь объектов.
Для оценки влияния подсистемы разведки на эффективность лазерной САП проведён расчёт ущерба, наносимого колонне объектов для случаев, когда подсистема разведки входит в состав только САП, и когда эта подсистема установлена на всех объектах в колонне. В последнем случае при обстреле объектов информация о факте атаки и координатах ЛЛСН ракет передаётся на САП. При этом формирование помех производится при атаке любого объекта в колонне, даже если объект с САП не атакуется. При расчётах принималось, что мощность в импульсе помехового излучения составляет 103 Вт.
На рис. 5 приведены результаты расчёта относительных потерь объектов в зависимости от расположения лазерной САП в колонне и наличия подсистем разведки на объектах.
12 3 + 5 6 7 39 10 11 Меж
Рис. 5. Зависимости относительных потерь объектов от расположения лазерной САП в колонне и наличия подсистем разведки на объектах
На этом рисунке кривая 1 соответствует случаю, когда подсистема разведки входит в состав только САП, а кривая 2 - когда подсистема разведки установлена на всех объектах в колонне.
Из рис. 5 видно, что минимальные потери объектов обеспечиваются при нахождении САП в середине колонны. При этом размещение подсистемы разведки на всех объектах в колонне на 5. 15 % снижает потери объектов по сравнению со случаем установки этой подсистемы только на САП.
Таким образом, разработанная математическая модель обстрела колонны объектов с вертолёта ги-перзвуковыми управляемыми по лазерному лучу ракетами в условиях создания имитирующих помех автоматической ЛЛСН обеспечивает определение
влияния расположения лазерной САП в колонне и установки подсистем разведки на защищаемых объектах на эффективность подавления ЛЛСН.
Литература
1. Американские перспективные боевые системы // Иностранная печать об экономическом, научнотехническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. - Сер. ВС и военно-промышленный потенциал. - 2003. - № 12. -С. 30-34.
2 . Заказ на выпуск первой партии ракет противотанковой системы LOSAT // Военно-техническое сотрудничество. - 2002. - № 52 (33S). - С. 23-24
3. Испытания компактной ракеты кинетического действия. // Военно-техническое сотрудничество. - 2002. -№52(33S). - С .21-22.
4. Коровин В. К цели - на гиперзвуке (Гиперзвуко-вые управляемые ракеты). // Авиапанорама - 2003. - № 1. - С. 42-44.
5. Современные противотанковые средства различного базирования ( Kinetic Energy Missile) // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. - Сер. Вооружённые силы и военно-промышленный потенциал. - 2003. - № 12. -С. 3-19.
6. Утемов С.В., Потанов В.В. Способ защиты объекта от управляемых ракет // Патент РФ №2320949 по классу F4lH 11/ 02 с приоритетом от 1S.05.2006.
7. Утемов С.В., Шамарин А.В., Потанов В.В. Пространственно-энергетические характеристики лазерных помех передающему каналу лазерно-лучевой системы наведения объектов // Труды 6-й Международной конференции «Радиолокация, навигация, связь». - Т.1. - Воронеж, 2000. - С. 79-S3.
S. Утемов С.В., Потанов В.В. Методика оптимизации временных параметров имитирующих помех растровым лазерно-лучевым системам наведения объектов. // Боеприпасы. - 2002. - № 1-2. - С. 14-17.
9. Утемов С.В. Математическая модель автоматической лазерно-лучевой системы наведения гиперзвуковых ракет. // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. -Т. 6 - № 3. -С. 43-4S.
Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минобороны России
ESTIMATION OF THE LOCATION STATION INTERFERENCE COLUMN OBJECT ON THE EFFICIENCY OF SUPPRESSION OF AUTOMATIC LASER BEAM GUIDANCE SYSTEM HYPERSONIC MISSILES S.V. Utyomov
A mathematical model of the firing of the column objects with the helicopter hypersonic guided laser beam-riding missiles under the conditions of imitating the noise of automatic LBGS. The modeling identified the sector most likely firing angles columns goals and the influence of the location of laser jammer in the column
Key words: mathematical model, laser station interference
