CC BY
271
УДК 621.391.82
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ КОМАНДНЫХ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНО-ЛУЧЕВЫХ СИСТЕМ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПОМЕХ С.В. Утемов
Разработаны структурно-функциональные модели командных и автоматических лазерно-лучевых систем телеуправления, отражающих особенности процессов их функционирования в условиях воздействия помех на информационные каналы наведения
Ключевые слова: системы телеуправления, преднамеренные помехи
Анализ опыта войн, военных конфликтов и оперативной подготовки НАТО, а также основных концепций, определяющих взгляды вероятного противника на сущность и характер боевых действий, показал [1-6], что наиболее массовым видом высокоточного оружия (ВТО) являются противотанковые ракетные комплексы (ПТРК). В подразделениях зарубежных армий насчитываются сотни ПТРК с боекомплектом, достаточным для поражения 1500...2000 различных целей. Эти комплексы, постоянно совершенствуясь, будут находиться на вооружении армий различных стран, по крайней мере, до 2030 г. [1-6].
В последние годы в ряде ведущих зарубежных стран в рамках стратегии «прямого противоборства» [1] были разработаны и приняты на вооружение ПТРК третьего поколения с командными и автоматическими лазерно-лучевыми системами телеуправления, называемые также лазерно-лучевыми системами наведения (ЛЛСН) ракет. В настоящее время состоят на вооружении, модернизируются и разрабатываются более 30 типов ПТРК с ЛЛСН [37]. Принцип действия этих систем заключается в формировании «информационного поля» управления одной или несколькими ракетами. «Информационное поле» формируется в сечении пучка лазерного излучения, в каждой точке которого специфический характер модуляции (пространственновременной, поляризационной) несёт информацию об угловом положении ракеты относительно оси пучка, направленного из начальной точки траектории полёта ракеты в конечную. В процессе полёта ракеты информация о её угловом положении считывается размещённым на ракете фотоприёмным устройством (ФПУ), поле зрения которого ориентировано в направлении лазерного излучателя, и дешифрируется бортовым радиотехническим устройством для выработки команд управления.
Большое значение, придаваемое ПТРК с ЛЛСН, включение их в комплексную программу НАТО «БС8-боевая техника будущего» [8], масштабность и важность возлагаемых на них задач и высокая эффективность поражения целей, в том числе в сложной помеховой обстановке на поле боя, с одной стороны, и всё возрастающая потребность повышения эффективности защиты наземных объектов, с
Утемов Сергей Владимирович - ВАИУ, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. (473) 220-92-36
другой стороны, выдвигают проблему оптикоэлектронного подавления (ОЭП) лазерно-лучевых систем телеуправления в ряд важнейших и первоочередных проблем борьбы с ВТО противника.
Принятие на вооружение армий ведущих в военно-техническом отношении стран противотанковых ракетных комплексов с ЛЛСН ракет значительно повысили возможности противника по поражению целей и снизили эффективность применяемых для их защиты комплексов и средств ОЭП [9-11]. Это связано с рядом особенностей построения ЛЛСН как объектов ОЭП, основными из которых являются [7]:
размещение ФПУ на ракете и ориентация его поля зрения в направлении пусковой установки ПТРК, что затрудняет постановку помех с защищаемого объекта;
многообразие способов формирования информационного поля управления ракетой и функционирование командных лазерно-лучевых систем телеуправления на различных длинах волн, что затрудняет (а в ряде случаев и исключает) постановку помех с защищаемого объекта;
спектральная и временная селекция сигналов управления ракетой, что повышает помехозащищённость ЛЛСН;
использование лазерной линии связи для управления ракетой, что повышает скорость полёта ракеты и снижает время, в течение которого возможна постановка помех;
возможность передачи на ракету кодированной информации не только об угловых отклонениях ракеты относительно линии прицеливания, но и программ, обеспечивающих изменение мощности сигнала управления в зависимости от расстояния между ЛЛСН и ракетой и наведение ракеты с превышением над линией прицеливания, что значительно повышает скрытность работы лазерно-лучевых систем телеуправления и затрудняет их обнаружение;
запоминание координат целей до начала телеуправления и прогнозирование траекторий их движения, что позволяет наводить ракеты на замаскированные до пуска ракет цели.
Наличие этих особенностей построения ЛЛСН затрудняет, а в ряде случаев и исключает постановку помех с защищаемого объекта, уменьшает время, в течение которого возможна организация ОЭП лазерно-лучевых систем телеуправления, и вызывает необходимость переосмысления и уточнения спосо-
бов разведки и создания помех ЛЛСН. Проведённый анализ направлений развития методического обеспечения для оценки эффективности техники оптикоэлектронного подавления показал [12], что оптические помехи, реализуемые состоящими на вооружении комплексами защиты объектов, не обеспечивают эффективное подавление информационных каналов командных и, тем более, автоматических ЛЛСН ракет. Кроме того, из-за наличия жёстких массогабаритных и энергетических ограничений эти комплексы не могут быть установлены на всех, в особенности плавающих, легкобронированных и небронированных объектах, количество которых, например, в мотострелковой дивизии, в 2,5.2,8 раза превышает количество танков.
Разработку технических решений, обеспечивающих реализацию эффективных методов ОЭП лазерно-лучевых систем телеуправления, сдерживает, прежде всего, недостаточный уровень развития теоретических представлений об ЛЛСН как объекте ОЭП, характеризующийся отсутствием методик и математических моделей процессов функционирования таких систем в условиях помех.
Таким образом, в настоящее время со всей очевидностью назрело противоречие между существующими способами ОЭП и невозможностью их применения для подавления информационных каналов ЛЛСН, а также уровнем исследования основных закономерностей и необходимостью их применения для обоснования методов решения задач ОЭП информационных каналов автоматических и командных лазерно-лучевых систем телеуправления.
Разрешение создавшегося противоречия может быть обеспечено на основе решения научнотехнической проблемы создания научно обоснованной системы методик и моделей, отражающих особенности процесса функционирования лазернолучевых систем телеуправления в условиях преднамеренных помех, и разработки на их основе способов подавления этих систем и путей построения техники ОЭП за счёт реализации в ней принципов инвариантности к методам обработки сигналов в подавляемых командных ЛЛСН, оптимизации и адаптации помеховых воздействий на автоматические ЛЛСН, а также совместного выполнения процедур обнаружения - пеленгования и цифровой обработки разведанных сигналов, сопутствующих функционированию ВТО с ЛЛСН.
Цель статьи - разработка структурнофункциональных моделей командных и автоматических лазерно-лучевых систем телеуправления, отражающих особенности процессов их функционирования в условиях воздействия преднамеренных помех на информационные каналы наведения ракет.
С позиций системотехники и теории конфликта [13-15] радиоэлектронное подавление систем управления является конфликтным процессом вмешательства (помехового воздействия) в решение поставленных перед системой управления задач.
Применительно к обоснованию способов ОЭП лазерно-лучевых систем телеуправления каждый из них требует для своей реализации средств разведки,
создания помех и управления со строго определёнными характеристиками, ориентированными только на реализацию данного конкретного метода. Из этого следует, что при разработке этих способов необходимо учитывать связи между средствами разведки, создания помех и управления в различных условиях их применения и складывающейся сигнально-помеховой обстановки. При этом разработка способов должна проводиться на основе изучения основных свойств, особенностей и закономерностей не отдельно выделенных средств, а всей целостной системы, образованной совокупностью средств разведки, создания помех и управления.
В зависимости от уровня, конкретного содержания поставленных перед противоборствующими сторонами задач и методов их решения характеристики участвующих в конфликтном столкновении систем в общем случае могут быть весьма разнообразными, изменяться во времени и иметь ярко выраженную иерархическую структуру. Это допускает возможность использования для разработки способов ОЭП лазерно-лучевых систем телеуправления известных методов исследования сложных иерархических систем [13].
Воспользуемся методом поэтапного создания моделей конфликтного взаимодействия лазернолучевых систем телеуправления с системами разрушения информации в ЛЛСН. Метод основан на принципе последовательного наращивания детальности представления отдельных моделей. Для этого сначала строятся структурные модели и методики с использованием дисциплинирующих правил теории иерархических систем [13, 14]. Затем создаются динамические модели и методики в виде «графов состояний» и на завершающем этапе разрабатываются модели и методики «конечного результата» (аналитические, имитационные), в которых переменными являются величины, непосредственно связанные с показателями эффективности. При этом используется принцип «сильной связанности» показателей, основанный на том, что за счёт подавления командных и автоматических лазерно-лучевых систем телеуправления между конфликтующими сторонами возникают сильные внутрисистемные и внешнесистемные связи. Учёт этих связей позволяет существенно упростить модель конфликта противоборствующих сторон на основе представления этих сторон в виде единой системы моделей и методик.
В соответствии с дисциплинирующими правилами построения иерархических структур [13], каждую из конфликтующих сторон представим в виде трёхуровневого стратифицированного описания процессов подавления командных и автоматических лазерно-лучевых систем телеуправления: основной конфликтный процесс (макроконфликт группировок); конфликтный информационный процесс (информационный микроконфликт); конфликтный процесс эффектов действий помех (микроконфликт создания помех). Эти процессы образуют иерархию, а исследование каждого процесса в отдельности предполагает «вложение» в макроконфликт группировок противоборствующих сторон отдельных мик-
роконфликтов. цессы ОЭП командных (рис. 1) и автоматических
На рисунках 1 и 2 представлены трёхуровневые (рис. 2) лазерно-лучевых систем телеуправления. структуры моделей и методик, описывающих про-
Разрабатываемые модели и методики
Оценив аемые показатели
Решаемые задачи
Математическая модель конфликтного взаимодействия группировок противоборствующих сторон.
Математическое ожидание числа сохранённых объектов.
Математическая модель информационного конфликта лазерно-лучевых систем телеуправления со средствами информационного обеспечения и создания помех в дуэльной ситуации.
Вероятность поражения объекта телеориентирован-ной в лазерном луче ракетой при применении источников помех.
Выявление закономерностей влияния числа источников помех и плотности их постановки на контролируемом участке местности на исход конфликта группировок противоборствующих сторон.
Математические модели оператора в режиме слежения за целью при прерывании информации о положении цели.
Вероятность удержания прицельной метки в контуре цели.
Вероятность сопровождения цели оператором ОВС или ТПВС.
Вероятность попадания телеориентированной в лазерном луче ракеты в цель.
Методики оценки влияния оптических характеристик аэрозольных помех на эффективность разрушения информации в оптиковизуальной и тепловизи-онной системах.
Вероятность прерывания видения цели оператором ОВС или ТПВС.
Методика оценки влияния временных характеристик аэрозольных помех на эффективность разрушения информации в аппаратурном канале телеуправления ракетой.
Статистические характеристики промаха ракеты. Вероятность попадания ракеты в цель.
Методика оценки влияния оптических характеристик маскирующих аэрозольных помех на эффективность разрушения информации в аппаратурном канале телеуправления ракетой.
Вероятность прерывания лазерного сигнала управления ракетой.
Методика оценки пространственно-временных характеристик маскирующих аэрозольных помех.
Методика экспериментальных исследований физических полей телеориентированной в лазерном луче ракеты.--------------------
Математическое ожидание времени закрытия цели аэрозольным образованием Вероятность попадания ракеты в цель.
Отражательные и из луча-тельные характеристики ракеты._____________________
Выявление закономерностей влияния помех на исход дуэли противоборствующих сторон.
1. Синтез оптимального фильтра и анализ качества слежения за целью зрительным анализатором оператора окулометриче-ской системы в условиях помех.
2. Синтез оптимального филь-
тра и анализ качества слежения за целью зрительно-
двигательной системой оператора в условиях помех.
3. Выявление закономерностей влияния временных характеристик помех на вероятностные характеристики сопровождения цели оператором и попадания в неё ракеты.
Выявление закономерностей влияния оптических характеристик аэрозольных помех на вероятность прерывания видения цели оператором ОВС и ТПВС.
Выявление закономерностей влияния временных характеристик помех на вероятность попадания ракеты в цель в условиях действующих на ракету случайных факторов при разрушении информации в АК телеуправления ракетой
Выявление закономерностей влияния оптических характеристик аэрозольных помех на вероятность прерывания сигнала управления ракетой.
Выявление закономерностей влияния пространственных характеристик помех на время маскировки цели и прерывания сигнала управления ракетой и вероятность её попадания в цель.
Формирование пространства демаскирующих признаков ракеты на траектории её полёта
Методики оценки эффективности обнаружения и селекции ракеты на траектории её полёта.
Вероятность обнаружения ракеты на траектории её полёта. Вероятность селекции ракеты на траектории её полёта.
1. Синтез оптимального алгоритма селекции ракеты оптическим датчиком.
2. Синтез оптимального алгоритма селекции ракеты ком-плексированной системой датчиков.
Рис. 1. Трёхуровневая структура моделей и методик оценки эффективности подавления командных лазерно-лучевых систем телеуправления
Разрабатываемые модели и методики
Оцениваемые
показатели
Решаемые
задачи
Математическая модель процесса одновременного обстрела группы целей гиперзвуковыми ракетами, наводимыми с помощью ЛЛСН в беспоме-ховой обстановке.
Математическая модель процесса одновременного обстрела группы целей гиперзвуковыми ракетами, наводимыми с помощью ЛЛСН в условиях постановки помех лазерной САП.
Математическое ожидание количества поражённых целей.
Сектора обстрела целей в азимутальной и угломестной плоскостях.
1. Прогнозирование про-
странственных характеристик телеуправления гиперзвуковыми ракетами. '
2. Оценка ущерба, наносимого группе целей при их обстреле гиперзвуковыми ракетами.
Математическая модель лазернолучевой системы телеуправления в беспомеховой обстановке.
Математическая модель лазернолучевой системы телеуправления в условиях постановки имитирующих помех. '
Математическая модель лазернолучевой системы телеуправления в условиях постановки 'маскирующих помех. '
Математическое ожидание и дисперсия промаха ракеты.
Вероятность попадания ракеты в цель.
1. Прогнозирование основных технических характеристик контура наведения лазерно-лучевой системы телеуправления.
2. Выявление закономерностей влияния помех на точностные характеристики наведения гиперзвуковой ракеты.
— Методика определения ПЭХ помех лазерно-лучевой системе телеуправления.
Методика экспериментальных исследований ПЭХ помех лазерно-лучевой системе телеуправления.
Мощность отражённого элементами формирующей оптики передающего канала ЛЛСН по-мехового излучения на входной апертуре ФПУ ракеты.
Размеры и пространственное положение помеховой зоны в плоскости ФПУ ракеты.
Выявление закономерностей влияния характеристик ЛЛСН и бортового ФПУ ракеты на условия формирования ПЭХ лазерных помех.
Методика адаптивного управления параметрами помех лазерно-лучевой системе телеуправления. '
Вероятность распознавания увода ракеты с линии прицеливания в условиях различных видов помех ЛЛСН.
Методика определения динамических ПЭХ отражения ракетой излучения лазерно-лучевой системы телеуправления:------:--------------------:--------
Мощность потока отражённого ракетой излучения ЛЛСН.
Законы распределения импульсной мощности отраженных
1. Выявление закономерностей отражения ракетой лазерного излучения ЛЛСН при би-статической локации ракеты.
2. Синтез оптимального алго-
ритма контроля эффективности воздействия помех на ЛЛСН и анализ качества его работы.
ракетой
ЛЛСН.
сигналов управления
Методика экспериментальных исследований отражения ракетой лазерного излучения при её бистатической локации.
Коэффициент отражения ракетой лазерного излучения при её бистатической локации.
Методика автоматического распознавания классов лазерных средств по сигнальным признакам.
Информативность признаков распознавания.
Вероятность распознавания класса лазерного средства.
1. Формирование пространства сигнальных признаков лазерных средств.
2. Оценка информативности признаков.
Методика пеленгации ЛЛСН с одного мобильного носителя системой матричных фотоприёмных устройств.
Методика обнаружения рассеянного атмосферой излучения лазернолучевой системы телеуправления.
Методика определения положения изображения лазерного луча в плоскости матричного фотоприёмного устройства.
Пространственные координаты лазерно-лучевой системы телеуправления.
Вероятность обнаружения рассеянного атмосферой лазерного излучения автоматической ЛЛСН матричным фотоприёмным устройством.
Координаты изображения лазерного луча в плоскости матричного ФПУ.
Методика оптимизации координат максимального значения интенсивности изображения лазерного луча в строке элементов матричного ФПУ.
Координаты максимальной интенсивности изображения лазерного луча в строке элементов матричного ФПУ.
1. Выявление закономерностей обнаружения рассеянного атмосферой излучения ЛЛСН матричным фотоприёмником.
2. Синтез оптимального алгоритма оценки положения максимума интенсивности изображения лазерного луча в строке элементов матричного ФПУ.
3. Синтез оптимального алгоритма оценки положения оси изображения лазерного луча в плоскости одного матричного ФПУ.
4. Разработка алгоритма оценки координат автоматической лазерно-лучевой системы телеуправления и анализ точностных характеристик его работы.
Рис. 2. Трёхуровневая структура моделей и методик оценки эффективности подавления автоматических лазерно-лучевых систем телеуправления
Структуры этих моделей и методик показывают влияние действий по разведке, созданию помех и управлению на результаты подавления отдельных ЛЛСН и конфликта противоборствующих сторон в целом. При этом на страте макроконфликта группировок и дуэлей сторон эффективность способов ОЭП характеризуется боевыми показателями, на страте воздействия помех на информационные каналы системы телеуправления - информационнобоевыми показателями, а на страте информационных процессов разведки - информационными показателями.
Предложенная структуризация моделей и методик отражает сложность достоверной оценки эффективности оптико-электронного подавления лазерно-лучевых систем телеуправления для большинства типовых ситуаций, характеризующихся одновременным применением большого количества объектов, участвующих в конфликте. В этой связи становится очевидным, что все этапы синтеза и практического создания образцов средств разведки, средств создания помех и управления должны сопровождаться полноценными обоснованиями. При этом наиболее предпочтительными являются исследования, основанные на применении методов имитационного моделирования.
Таким образом, разработаны структурнофункциональные модели командных и автоматических лазерно-лучевых систем телеуправления, отражающих особенности процессов их функционирования в условиях воздействия преднамеренных помех на информационные каналы наведения ракет. Каждая из этих моделей представляет собой трёхуровневую динамическую систему иерархически связанных методик и моделей, описывающих процессы изменения параметров состояний ЛЛСН во времени и пространстве. Связи между моделями на разных уровнях иерархии являются связями прямого действия, распространяются «снизу вверх», отражая реализуемое на практике управление процессом функционирования лазерно-лучевой системы наведения при воздействии помех на её информационные каналы.
Литература
1. Андреев В.Г. Оружие и война: новые тенденции развития // Вестник академии военных наук. - 2005. -№ 1. - С. 159-168.
3. Высокоточное оружие зарубежных стран. Т.1
Противотанковые ракетные комплексы. / Обзорно-
аналитический справочник.- Тула: ООО «Издательская группа «Бедретдинов и Ко», 2008. - 564 с.
4. Конструкторское бюро приборостроения / Под общ. ред. А. Шипунова. - М.: Военный парад, 2002. -382 с.
5. Sitton R.L. Optical Command and Beamrider missile quidance / Proc. Soc. Photo-Optical Instrum. Eng. - 1981. -317 с.
6. Утемов С.В. Роль и место командных и автоматических лазерно-лучевых систем наведения ракет в зарубежных противотанковых ракетных комплексах. // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т. 6. -№ 11. - С. 123-129.
7. Утемов С.В. Особенности построения и функционирования зарубежных командных лазерно-лучевых систем наведения ракет. // Сб. трудов 9-й Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования». - Тамбов, 2009. - Т. 3. -C. 251-256.
8. Американские перспективные боевые системы // Иностранная печать об экономическом, научнотехническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. - Сер. Вооружённые силы и военно-промышленный потенциал. - 2003. - № 12. - С .30-34.
9. Евдокимов В.И.,. Гуменюк Г.А., Андрющенко М.С. Неконтактная защита боевой техники. / Под ред. В.Я. Соколова. - СПб.: Реноме, 2009. - 176 с.
10. Защита танков. / Под ред. Г.А. Григоряна. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 327 с
11. Юровский Е.К, Ивания С.П. Боеприпасы пассивных помех для противодействия высокоточному оружию. - Новосибирск: Издательство НГТУ, 2002. - 55 с.
12. Артюх С.Н., Левшин Е.А., Утемов С.В., Пахомов Л. А. Направления развития методического обеспечения для оценки эффективности техники оптикоэлектронного подавления. // Радиотехника (журнал в журнале «Информационный конфликт в спектре электромагнитных волн»). - 2010. - № 25. - С. 34-38.
13. Месарович М.,. Мако Д, Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. - М.: Мир, 1973. -344 с.
14. Дружинин В.В., Конторов. Д. С. Конфликтная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1982. - 124 с
15. 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.
Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
STRUCTURALLY FUNCTIONAL MODELS OF COMMAND AND AUTOMATIC LAZER-BEAM SYSTEMS OF TELECONTROL IN THE CONDITIONS OF HINDRANCES S.V. Utyomov
Structurally functional models of command and automatic lazer-beam systems of the telecontrol reflecting features of processes of their functioning in the conditions of influence of hindrances on information channels of prompting are developed
Key words: telecontrol systems, deliberate hindrances
