CC BY
158
УДК 621.396
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТОЧНОСТИ НАСТРОЙКИ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМИТИРУЮЩИХ ПОМЕХ НА РЕЗУЛЬТАТЫ КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРНО-ЛУЧЕВЫЕ СИСТЕМЫ НАВЕДЕНИЯ
РАКЕТ
С.В. Утемов
По результатам математического моделирования процесса наведения ракеты автоматической лазернолучевой системой проведена оценка влияния точности настройки частоты повторения и длительности поме-ховых импульсов имитирующих помех на результаты контроля эффективности их воздействия на лазернолучевую систему наведения (ЛЛСН) ракеты
Ключевые слова: лазерно-лучевые системы, временные параметры
Разработка эффективных способов создания преднамеренных помех оптико-электронным системам (ОЭС) наведения управляемого оружия обычно характеризуется неопределённостью информации о принципах построения и характеристиках подавляемых ОЭС и требует решения задачи текущей разведки класса (типа) и характеристик (параметров) ОЭС [1-4]. Однако решение этой задачи в силу наличия временных, энергетических, точностных и других ограничений в ряде случаев не представляется возможным.
Для повышения эффективности помех необходима адаптация, т.е. введение в процесс создания помех ОЭС обратной связи, учитывающей состояние подавляемой ОЭС при воздействии на неё помех. При этом, наблюдая за эффектом воздействия помехи, такая система (комплекс) оптико-
электронного подавления (ОЭП) адаптивно управляет параметрами помех. Для этого необходимо проанализировать сигналы подавляемой ОЭС для её идентификации, оценки состояния и динамики функционирования. Информация о состоянии ОЭС вместе с текущими данными о её «поведении» при воздействии помех обрабатываются ЭВМ и, таким образом, реализуется адаптивное взаимодействие между системой ОЭП и подавляемой ОЭС. В этом случае система ОЭП является элементом замкнутого контура управления. При этом обеспечивается выбор параметров и вида помехи, наилучшей (оптимальной) по эффекту подавления ОЭС [3].
Ранее в работе [5] предложен адаптивный способ ОЭП и разработан алгоритм контроля эффективности воздействия имитирующих помех на автоматические лазерно-лучевые системы наведения (ЛЛСН) ракет [6]. Показано, что эффективность воздействия этих помех при использовании обратной связи, учитывающей состояние подавляемой ЛЛСН, во многом зависит от того, насколько точно производится настройка временных параметров помехи.
В связи с этим важной и актуальной задачей является оценка чувствительности алгоритма контроля эффективности воздействия имитирующих
Утемов Сергей Владимирович - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, тел. (4732)209236
лазерных помех на автоматическую ЛЛСН ракеты к точности настройки временных параметров помех (частоты повторения помеховых импульсов / и длительностей их излучения т).
Цель статьи - определение влияния точности настройки временных параметров лазерных имитирующих помех на эффективность контроля их воздействия на автоматические ЛЛСН ракет.
Рассматриваемая задача решалась методом математического моделирования процесса наведения ракеты на цель в условиях воздействия на ЛЛСН лазерных имитирующих помех. В работе использовалась модель движения ракеты в одной плоскости наведения. Качество наведения ракеты определялось по вероятности её попадания в типовую цель с линейным размером 1=3 м на различных дальностях пуска (1.. .5км).
Для исследования статистических характеристик промахов ракеты, наводимой автоматической ЛЛСН, и получения зависимости вероятности попадания Р от параметров помеховых сигналов f и т разработана математическая модель процесса наведения ракеты в пространственном растре, образованном сканирующим лазерным лучом.
Важными отличительными чертами моделируемой автоматической ЛЛСН являются: формирование сигналов управления ракетой путём сканирования растра наведения лазерным лучом, временное стробирование этих сигналов и синхронизация их передачи и приёма бортовым фотоприёмным устройством (ФПУ), установленным на ракете и ориентированным в направлении лазерного источника передачи команд управления ракетой, запоминание координат цели в микропроцессоре ракеты перед её пуском, определение текущих угловых координат ракеты в процессе её полёта к цели с точностью до размеров одного элемента растра наведения. Общее количество элементов в растре точного наведения 1х1 градус составляет Ж=2500 [7]. Для сканирования диаграммой направленности лазера точного наведения используется построчный закон сканирования с вертикальным расположением строк. Время сканирования растра составляет т=0,1с [7].
Структурная схема математической модели наведения ракеты в условиях имитирующих помех приведена на рис. 1.
Воздействие имитирующих помех на ЛЛСН учитывается в модели следующим образом:
- посылка помеховых импульсов производится с защищаемого объекта в течение всего времени полёта ракеты к цели;
- начальное положение ракеты в растре наведения равновероятно по всем его элементам;
- процесс совпадения импульсов сигнального и помехового потоков характеризуется временными параметрами, что позволяет форму импульсов каждого потока считать прямоугольной, а их амплитуду - равной единице;
- попадание импульса (сигнального или поме-хового) во временной строб фотоприёмного устройства ракеты считается состоявшимся, если длительности импульса и строба перекрываются.
тики наведения ракеты, приведена на рис. 2 [7].
Контур управления гиперзвуковой ракетой с газодинамическими исполнительными органами отличается от контуров ракет с аэродинамическими рулями тем, что он включает существенно нелинейное звено, состоящее из набора двигателей центра масс ракеты - 54 импульсных ракетных двигателей на твёрдом топливе (РДТТ) [7]._____________
Дц
-н2>1
л;
временной > > , 1,— -—►
се ЛЕКТОР
№Ь
/ ЕЁОД з
/ исходных /
ДІННЬІХ /
Ь по к шия“
начальных ошибок
ПрИЦЄІШЕаНИХ
Цикл по 4 открытию ФПУ - - ^
раКЁТЫ Е ІЮПЕТЄ
Г'лок ^счета по те X О Е и г о из луче ния Е ПЛОСКОСТИ ФПУ
ь по к упр аЕ пе них Ьлок расчета
>-Г| Р Г ■=■ Т^ТТ-ГХ' утп Т1 СРТТіТТГ 4 ложного
двигателями положения
ракеты е
Ьлок динамики и
кинематики Н-ЇЕ Є ДЄ НИХ
НЇЕ й ДЄ НИЯ р .ЕНГР ты
Блок расчета ЕерОЯТНОСТИ попадания ракеты е цепь
Рис. 1. Структурная схема математической модели наведения ракеты в условиях имитирующих помех
Структурная схема контура управления ракетой, входящего в состав блока динамики и кинема-
Рис. 2. Структурная схема контура наведения ракеты
Во временном селекторе (рис. 2) осуществляется временное стробирование сигналов управления ракетами, позволяющее обеспечить разведение ракет по разным целям и наводить на каждую цель одновременно несколько (до трёх) ракет.
Для этого в момент пуска ракеты производится синхронизация лазера наведения с временными стробами бортовых ФПУ ракет, что позволяет по величине времени рассогласования поступающих на ФПУ импульсов рассчитать величину линейного смещения ракеты от линии прицеливания (заданного элемента растра, в котором находится цель).
Временной селектор по величине временного рассогласования поступающих импульсов производит расчёт величины линейного смещения ракеты от линии прицеливания (заданного элемента растра, в котором находится цель).
Корректирующий фильтр описывается передаточной функцией вида [7]:
№Н (Р) = К Н аі
ракеты,
АI (р) Тр + 1
где "н - поперечное ускорение А - линейное смещение ракеты, кн - коэффициент усиления корректирующего фильтра, Т - постоянная времени корректирующего фильтра, йр - дальность полёта ракеты, р - оператор дифференцирования по времени.
Работа ограничителя по поперечному ускорению определяется следующим выражением [7]:
Г - "н, при "н| < *мах "'° 'ПАНГ'"Р'' 1'*'н| г * МАХ •
где §мах - максимальная перегрузка.
Динамика полёта ракеты в одной плоскости описывается передаточной функцией вида [7]:
-1
ф Р(Р)
УР
Т22 Р 2 + Ті Р +1
где
фР
№н (Р)
-угловая скорость поворота вектора
скорости ракеты, Т1Т2 - постоянные времени.
Значение угла поворота вектора скорости ракеты определяется интегрированием величины фр.
В кинематическом звене рассчитывается изменение координат ракеты во время её полёта к цели по следующим выражениям [1, 7]:
хр ' хро + ^Хр^; Ухр ' Ур С°8 фр ;
УР = У РО + УуР
где хр,Ур (хро,уро) - текущие (начальные) координаты ракеты, уХр, Уур - проекции вектора скорости ракеты Vр на оси координат, г - время поворота оптической системы, фр - угол Эйлера вектора скорости ракеты Ур, Ур - модуль вектора скорости ракеты.
Положение ракеты в растре определяется по формуле [7]:
ар ' агс* )/ г5 ,
хр
где г8 - линейный размер растра.
Для оценки влияния точности настройки временных параметров помех ЛЛСН на эффективность контроля их воздействия проведено математическое моделирование и осуществлён набор статистики по 650 реализациям машинных пусков ракеты в диапазоне возможных дальностей 1... 5 км её наведения. При этом погрешность оценки вероятности попадания ракеты в цель не превышает 3% с доверительной вероятностью не менее 0,9. При моделировании принималось, что распределение угла между вектором скорости полёта ракеты и линией прицеливания в момент начала наведения подчиняется закону равномерной плотности, а варьируемыми параметрами являлись частота повторения / и длительность т помеховых импульсов.
Моделирование процесса наведения ракеты в условиях имитирующих помех осуществлялось следующим образом.
После ввода исходных данных (дальности пуска, скорости полёта ракеты, линейного размера цели) с учётом начальных ошибок прицеливания рассчитывался элемент сектора наведения, в котором будет наводиться ракета, и производился её пуск. В процессе наведения на бортовое фотопри-ёмное устройство ракеты в каждом цикле сканирования поступал сигнал управления и помеховый сигнал. В блоке расчёта помехового излучения производился расчёт плотности мощности помехо-вого излучения в плоскости ФПУ ракеты после прохождения атмосферы и переотражения от передающего канала автоматической ЛЛСН. При попадании помехового сигнала в строб бортового ФПУ и превышении порогового значения бортовой процессор ракеты производил расчёт ложного положения ракеты в секторе наведения. При этом модели-
ровалось срабатывание корректирующего двигателя и в блоке динамики и кинематики рассчитывалось положение ракеты в растре её наведения. По результатам моделирования методом статистических испытаний определялись математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение ракеты от точки прицеливания и рассчитывалась вероятность попадания ракеты в цель.
Результаты моделирования в виде зависимости вероятности попадания ракеты в цель Р от расстройки по частоте повторения помеховых импульсов Д / приведены на рис. 3, на котором кривая 1 соответствует случаю создания помех с помощью 5-импульсов, кривая 2 - воздействия на ЛЛСН помеховыми импульсами с длительностью, совпадающей с длительностью строба, а кривая 3 -импульсами с длительностью, в два раза превышающей длительность строба.______________________
0,3
0,6
0,4
0,2
0
1 / 2 У
-> V/3 /
-30С -20С -100 0 100 200 300 і
ЇГц
Рис. 3. Зависимости вероятности попадания ракеты в цель от расстройки по частоте повторения помеховых импульсов
Из графиков рис. 3 следует, что расстройка по частоте повторения помеховых импульсов Д/ = ± (100...150) Гц практически не ухудшает эффективность помех и позволяет предъявить требования к точности настройки частоты повторения помеховых импульсов при реализации алгоритма контроля эффективности помех.
При расстройке по частоте более ± (200 .300) Гц эффективность имитирующих помех значительно снижается вследствие усиления влияния избирательности приёма импульсов за счёт временного стробирования.
Таким образом, качество алгоритма контроля эффективности воздействия имитирующих лазерных помех на автоматическую ЛЛСН ракеты находится в непосредственной зависимости от точности настройки временных параметров помех (частоты повторения помеховых импульсов и длительностей их излучения). Это обстоятельство требует своего специального учёта при оценке возможностей адаптивных систем ОЭП. При создании этих систем для подавления ЛЛСН расстройка по частоте повторения помеховых импульсов не должна превышать ± (100.150) Гц относительно оптимальной частоты повторения помеховых импульсов, при которой вероятность попадания ракеты в цель минимальна.
VУР = VР П фР
Литература
1. Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием / Под ред. Ю.М. Перунова. -М.: Радиотехника, 2003. - 416 с.
2. Козирацкий Ю.Л., Юхно П.М. Синтез оптических помех // Радиотехника. - 2000. - №8. - С. 4-11.
3. Адаптация в информационных оптических системах / Под ред. Н.Д. Устинова. - М.: Радио и связь, 1984. - 344 с.
4. Евланов Л.Г. Контроль динамических систем -
М.: Наука, 1979. - 219 с.
5. Утемов С.В., Потапов В.В. Способ защиты объекта от управляемых ракет. // Патент № 2320949. Россия, МКИ5 Н04К3/00 с приор. от 18.05.2006 г.
6. Утемов С.В., Потапов В.В. Алгоритм контроля эффективности помех лазерно-лучевым системам наведения объектов по сигнальным признакам// Вестник ВГТУ.-2006.-№1. - С .49-53.
7. Утемов С.В., Потапов В.В. Методика оптимизации временных параметров имитирующих помех растровым лазерно-лучевым системам наведения объектов// Боеприпасы.- 2002.- №1-2. - С.41-46.
Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минобороны России THE ESTIMATION OF INFLUENCE OF ACCURACY OF TUNING THE TIME PARAMETERS OF SIMULATION INTERFERENCE ON THE RESULTS OF CONTROL OF EFFECTIVENESS OF THEIR INFLUENCE ON AUTOMATIC LASER -RADIATION SYSTEMS OF MISSILE GUIDANCE S.V. Utyomov
On the results of mathematical simulation of the process of guidance of a missile by the automatic laser-radiation system the estimation of influence of accuracy of tuning the frequency of repetition and duration of interference pulses of simulation interference on the results of control of effectiveness of their influence on the laser-radiation system of missile guidance is carried out
Key words: laser radiation systems, time parameters
