CC BY
61
УДК 621.396.967
DOI 10.21685/2072-3059-2018-4-8
Э. В. Зябиров, А. В. Аравин, С. В. Михайлов, И. П. Филюшкин
выбор вида и параметров стробов при отождествлении координатной информации от средств обнаружения воздушных
целей в комплексе средств автоматизации батарейного командного пункта
Аннотация.
Актуальность и цели. Объектом исследования является комплекс средств автоматизации (КСА) батарейного командного пункта. Предметом исследования являются методы и средства обработки информации от средств разведки в КСА батарейного командного пункта. Цель работы - сопоставление и анализ форм корреляционного строба, разработка эффективного, оптимального алгоритма обнаружения в стробах эллиптической формы.
Материалы и методы. Исследования методов и средств обработки информации от средств разведки в КСА батарейного командного пункта были выполнены на основе теории статистических решений.
Результаты. Рассмотрен процесс формирования строба захвата при завязке траектории воздушной цели. Проанализированы две формы корреляционных стробов: эллиптический и прямоугольный. Разработан эффективный и оптимальный алгоритм обнаружения отметок в стробах эллиптической формы.
Выводы. Впервые предложены условия формирования адаптивного эллиптического корреляционного строба отождествления на основе расчета СКО, критериев отождествления и приоритета источника. Разработан адаптивный алгоритм обработки и комплексирования данных воздушной разведки, отличающийся от известных использованием эллиптического корреляционного строба отождествления. Результаты работы целесообразно заложить в основу программного обеспечения подсистемы управления противовоздушной обороной сухопутных войск для повышения точности выдачи целеуказания и уменьшения вероятности пропуска цели в сложной динамической обстановке.
Ключевые слова: обнаружение целей, отождествление, пункт управления, радиолокационная информация, система разведки, эллиптический строб, мера близости.
E. V. Zyabirov, A. V. Aravin, S. V. Mikhaylov, I. P. Filyushkin
the choice of the form and parameters of strobes at the identification of coordinate information from air target sensors in a complex of automation equipment of a battery command post
Abstract.
Background. The research object is a complex of automation equipment of a battery command post. The research object is the methods and means of information
processing from deevices of investigation in the complex of automation equipment of a battery command post. The work purpose is to compare and analyze forms of a correlation strobe, to develop an effective, optimal algorithm of detection in strobes of an elliptic form.
Materials and methods. Researches of methods and means of information processing from devices of investigation in the complex of automation equipment of a battery command post were executed on the basis of the theory of statistical decisions.
Results. The process of formation of the capture strobe when setting up the trajectory of an air target is considered. Two forms of correlation strobes are analyzed: elliptical and rectangular. An efficient and optimal algorithm for detecting marks in elliptical gates has been developed.
Conclusions. For the first time, the conditions for the formation of an adaptive elliptic correlation identification strobe based on the calculation of the standard deviation, identification criteria and source priority are proposed. An adaptive algorithm for processing and integrating aerial reconnaissance data has been developed, which differs from the known ones using an elliptical correlation identification strobe. The results of the work are advisable to lay into the foundation for the ground forces air defense control subsystem software to increase the accuracy of target designation and reduce the probability of missing a target in a complex dynamic environment.
Keywords: target detection, identification, control point, radar information, intelligence system, elliptical strobe, proximity measure.
Своевременное обеспечение командных пунктов и пунктов управления информацией, необходимой для управления зенитными средствами при отражении ударов средств воздушного нападения противника, является основной задачей для систем радиолокационной разведки. К источникам информации в батарейных командных пунктах (БКП) относятся все сопрягаемые объекты, независимо от их подчиненности, передающие информацию о воздушной обстановке, и собственные (встроенные) средства разведки воздушного противника.
К внешним источникам информации относятся:
- вышестоящие командные пункты и взаимодействующие командные пункты;
- межвидовой авиационный комплекс радиолокационного дозора и наведения;
- вертолетные комплексы радиолокационного дозора;
- радиолокационные станции (РЛС);
- взаимодействующие БКП;
- станции обнаружения целей боевых машин.
К собственным источникам информации относятся:
- РЛС;
- средства радиотехнической разведки (СРТР);
- оптико-электронные системы (ОЭС).
Основу системы разведки воздушного противника составляет радиолокационная разведка. Активная радиолокационная разведка обеспечивает обнаружение целей с необходимой точностью и дальностью в любых погодных условиях и в любое время суток, но легко обнаруживается СРТР противника.
Для повышения полноты, качества и устойчивости информационного обеспечения возникает необходимость применения пассивных средств разведки наряду с активными РЛС.
Комплексирование информации от всех этих видов разведки компенсирует их отдельные недостатки и позволяет создать систему разведки воздушных целей, обеспечивающую достаточную скрытность ведения разведки, полноту и устойчивость информации о воздушной обстановке [1-3].
Основными источниками развединформации в БКП являются собственные средства (РЛС, СРТР, ОЭС), а информация от внешних источников их дополняет по результатам отождествления. Из собственных средств разведки наибольшей полнотой информации обладает информация от РЛС (полные координаты, скорости изменения координат, признак государственной принадлежности, признак класса цели). Поэтому собственная РЛС является главным источником развединформации, а информация от СРТР и ОЭС должна использоваться в качестве дополняющей.
Сбор и обработка информации о воздушной обстановке в БКП предполагают решение следующих задач:
- первичная обработка радиолокационной информации (РЛИ) от аналоговых РЛС, обеспечивающая определение координат целей относительно местоположения источника и передачу данных на вторичную обработку;
- вторичная обработка РЛИ (от аналоговых РЛС, прошедшая первичную обработку, и цифровых РЛС без трассового выхода), обеспечивающая автоматическую завязку и автосопровождение траекторий воздушных объектов [4];
- третичная обработка, обеспечивающая отождествление информации, поступающей от различных источников разведки.
Основной операцией при третичной обработке развединформации, определяющей качество работы БКП как разведывательно-информационной системы, является операция отождествления. Качество выполнения операций отождествления (вероятность правильного отождествления) существенным образом зависит от выбора вида и параметров строба отождествления [5].
Под корреляционным стробом понимается область пространства, центр которой совмещен с экстраполированными координатами цели на определенном цикле обзора РЛС. Форма и размеры строба выбираются таким образом, чтобы действительные результаты измерений (если отметка обнаружена) с высокой вероятностью находились в пределах строба, и в то же время число мешающих отметок было ограниченным. Процесс привязки отметок к траекториям, основанный на сопоставлении отметок и известных траекторий, имеющих близкие координаты, рассмотрен в [6].
Первичное обнаружение воздушных целей производится в полярной системе координат по формулам [7]:
хотм = D cos Р ;
Уотм = D sin Р, (1)
где хотм, yотм - координаты отметки по осям x, y; D - наклонная дальность до цели; азимутальный угол Р отсчитывается от оси x.
Задача вторичной обработки радиолокационной информации - захват и сопровождение трасс воздушных целей - решается в декартовой системе координат. Соотношения выглядят следующим образом:
п — X + 2 .
п — V Хотм + -Уотм ;
в — а, при Лг > 0 и Лу > 0 или Лг > 0 и Лу > 0 ; в —180°-а, при Лг < 0 и Лу > 0; в —180° + а, при Лг<0 и Лу<0;
в — 360°-а, при Лг > 0 и Лу < 0; (2)
а = arctg
Лу
Лх
где Лг — готм - гт ст, Лу — уотм - ут ст , где гт ст , ут ст - координаты собственной точки стояния.
Эллиптический строб (рис. 1) описывается каноническим уравнением эллипса (3) и матрицей поворота (4):
i )2+(b )2-a = KpDtgop, b = KDoD , (3)
где op - среднеквадратическая ошибка измерения азимута; od - средне-квадратическая ошибка измерения дальности; Kd , Kp - коэффициенты, которые подбираются на основе математического моделирования и изменяются при изменении признаков маневра в формуляре цели. Параметры op, od являются фиксированными:
( cos в ± sin в) ( x ) ( x cos в - y sin в )
± sin ß cos ß J I у J I x sin ß + у cos ß
(4)
Конкретные знаки в формулах зависят от того, является система координат правосторонней или левосторонней и выполняется вращение по или против часовой стрелки. Верхний знак используется при выборе правосторонней системы координат и положительном направлении вращения против часовой стрелки. Тот же знак верен для левосторонней системы координат при выборе положительного вращения по часовой стрелке. В оставшихся двух случаях используется нижний знак. После преобразований получаем уравнение эллиптического строба (5), результаты построения которого представлены на рис. 2:
2 2 X COs в - У sin в ) + ( X sin в + У COs в ^ = i (5)
Эллиптический
Рис. 2. Эллиптический строб с изменением по азимуту
Далее происходит ограничение числа отметок, которые могут быть использованы для обновления траектории. Это достигается рассмотрением только тех отметок, которые попали в корреляционный строб определенных размеров, построенный в точке с экстраполированными координатами цели. Условие проверки попадания отметки в эллиптический строб выглядит следующим образом:
2
Уэкс )• sin ß ^
a
(отм - хэкс )•sinß + (У
отм
2
Уэкс )•cos ß 1
(6)
где хотм, уотм, хэкс, уэкс - координаты цели и центра строба соответственно.
После этого формируется матрица расстояний, в результате чего снимается неопределенность и отбираются пары с наибольшей корреляцией. Расстояние отметки до центра строба определяется с помощью меры близости, вычисляемой по формуле
где Л(7) - расстояние от отметки 7 до центра строба.
Каждая траектория предварительно привязывается к ближайшей отметке, после чего предварительные привязки проверяются в целях устранения отметок, использованных более одного раза. При альтернативном подходе (в случае только одной связи с траекторией) отметка всегда привязывается к траектории. Неопределенность, как и прежде, устраняется с помощью меры близости.
В целях сокращения вычислительных затрат эллиптическая форма строба иногда заменяется прямоугольной. Однако это приводит к увеличению вероятности попадания в строб ложных отметок или отметок, принадлежащих разным траекториям, на различных азимутах, и, следовательно, к ухудшению селектирующей и разрешающей способности операции строби-рования. На сегодня вычислительные мощности машин позволяют использовать эллиптические стробы при решении задач первичной и вторичной обработки радиолокационной информации.
Таким образом, предложенные выше условия формирования адаптивного эллиптического корреляционного строба отождествления на основе расчета СКО, критериев отождествления и приоритета источника, а также адаптивный алгоритм обработки и комплексирования данных воздушной разведки целесообразно заложить в основу программного обеспечения подсистемы управления противовоздушной обороной сухопутных войск. Предложенные решения позволят в большей степени автоматизировать процесс обработки данных воздушных целей, повысить точность выдачи целеуказаний на объекты управления, уменьшить нагрузку на оператора, тем самым сократить время принятия решения по цели и уменьшить вероятность пропуска цели в сложной динамической обстановке.
1. Островой, С. В. Структурно-логическая последовательность объединения информации о воздушной обстановке в АСУ ПВО СВ ТЗ / С. В. Островой // Вестник войсковой ПВО. - 2014. - № 11. - С. 177.
2. Коренко, Э. В. Способ вторичной обработки информации по данным активного и пассивного источника / Э. В. Коренко // Вестник войсковой ПВО. - 2014. -
(7)
Библиографический список
№ 10. - С. 93.
3. Филюшкин, И. П. Совершенствование разведывательно-информационного обеспечения пунктов управления ПВО тактического звена / И. П. Филюшкин, А. В. Аравин, Э. В. Зябиров // Вопросы радиоэлектроники. Сер.: Системы отображения информации и управления спецтехникой (СОИУ). - М. : Электроника, 2015. - Вып. 2. - С. 66.
4. Кузьмин, С. З. Цифровая радиолокация / С. З. Кузьмин. - М. : Радио и связь, 2000. - 428 с.
5. Кузьмин, С. З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации / С. З. Кузьмин. - М. : Сов. радио, 1974. - 433 с.
6. Студер, Ф. А. Цифровая обработка радиолокационной информации / Ф. А. Студер, А. Фарина. - М. : Радио и связь, 1993. - 320 с.
7. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. -М. : Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1993. - 991 с.
References
1. Ostrovoy S. V. Vestnik voyskovoy PVO [Bulletin of military air defense]. 2014, no. 11, p. 177.
2. Korenko E. V. Vestnik voyskovoy PVO [Bulletin of military air defense]. 2014, no. 10, p. 93.
3. Filyushkin I. P., Aravin A. V., Zyabirov E. V. Voprosy radioelektroniki. Ser.: Sistemy otobrazheniya informatsii i upravleniya spetstekhnikoy (SOIU) [Issues of radio electronics. Series: Systems of information display and special equipment control]. Moscow: Elektronika, 2015, iss. 2, p. 66.
4. Kuz'min S. Z. Tsifrovaya radiolokatsiya [Digital radio location]. Moscow: Radio i svyaz', 2000, 428 p.
5. Kuz'min S. Z. Osnovy teorii tsifrovoy obrabotki radiolokatsionnoy informatsii [Fundamentals of the theory of digital processing of radar information]. Moscow: Sov. radio, 1974, 433 p.
6. Studer F. A., Farina A. Tsifrovaya obrabotka radiolokatsionnoy informatsii [Digital processing of radar information]. Moscow: Radio i svyaz', 1993, 320 p.
7. Vygodskiy M. Ya. Spravochnik po vysshey matematike [Higher mathematics handbook]. Moscow: Gos. izd-vo fiz.-mat. lit., 1993, 991 p.
Зябиров Эльдар Витальевич
инженер-электроник, отдел 09270, Научно-производственное предприятие «Рубин» (Россия, г. Пенза, ул. Байдукова, 2)
E-mail: add.zyabirov@gmail.com
Аравин Артем Владимирович
заместитель начальника отдела 09270, Научно-производственное предприятие «Рубин» (Россия, г. Пенза, ул. Байдукова, 2)
E-mail: a.v.aravin@yandex.ru
Zyabirov El'dar Vital'evich Electronic engineer, department 09270, Research and Production Enterprise "Rubin" (2 Baydukova street, Penza, Russia)
Aravin Artem Vladimirovich Deputy head of department 09270, Research and Production Enterprise "Rubin" (2 Baydukova street, Penza, Russia)
Михайлов Сергей Владимирович
инженер-электроник, отдел 09270, Научно-производственное предприятие «Рубин» (Россия, г. Пенза, ул. Байдукова, 2)
E-mail: smikhaylov987@mail.ru
Филюшкин Иван Павлович
кандидат технических наук, доцент, начальник отдела 09270, Научно-производственное предприятие «Рубин» (Россия, г. Пенза, ул. Байдукова, 2)
E-mail: a.v.aravin@yandex.ru
Mikhaylov Sergey Vladimirovich Electronic engineer, department 09270, Research and Production Enterprise "Rubin" (2 Baydukova street, Penza, Russia)
Filyushkin Ivan Pavlovich
Candidate of engineering sciences, associate professor, head of department 09270, Research and Production Enterprise "Rubin" (2 Baydukova street, Penza, Russia)
УДК 621.396.967 Зябиров, Э. В.
Выбор вида и параметров стробов при отождествлении координатной информации от средств обнаружения воздушных целей в комплексе средств автоматизации батарейного командного пункта / Э. В. Зябиров, А. В. Аравин, С. В. Михайлов, И. П. Филюшкин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2018. - № 4 (48). -С. 88-95. - БО! 10.21685/2072-3059-2018-4-8.
