Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. 2008

Подождите немного. Документ загружается.

ется возможность определять однозначно только направление движения объек-

та. Если комплекс перемещается по непрямолинейной траектории, то по четы-

рем измерениям пеленга и навигационным данным можно вычислять коорди-

наты и вектор скорости данных целей. На практике вследствие того, что изме-

рения пеленгов содержат ошибки и траектория движения носителя БРЛС не

всегда допускает изменения (или она заранее неизвестна), фактическая точ-

ность сопровождения ИЦ по собственной пеленговой информации данным

способом недостаточна. Поэтому разработка метода самотриангуляции, осно-

ванного на обработке собственной пеленговой информации в БРЛС и позво-

ляющего повысить точность оценивания параметров движения ИЦ, является

практически важной для повышения помехозащищенности комплекса.

Пусть состояния траектории ИЦ и носителя (подвижного пеленгатора) в де-

картовой неподвижной системе координат заданы соответствующими векторами:

где - координаты цели (носителя); - проекции векторов

скорости в i -й момент времени - период дискретного об-

зора); - четырехмерное пространство состояний траекторий.

Тогда значения вектора состояния §

цели, движущейся по линейной тра-

ектории, в i-и η -й моменты времени связаны выражением

где В - матрица перехода состояний для прямолинейного равномерного дви-

жения.

Значение азимута цели относительно комплекса в момент времени t

оп-

ределяется функцией наблюдения:

В большинстве практических ситуаций справедливо предположение о

нормальном законе распределения ошибок измерения пеленга. Тогда функция

правдоподобия для вектора состояния s)J может быть записана в виде

где φ; - измеренное значение азимута на i-м обзоре; σ

- дисперсия ошибок

измерения азимута.

Потенциальную точность определения параметров траектории излучаю-

щих объектов можно оценить при помощи информационной матрицы Фишера.

Исходя из определения этой матрицы, можно получить выражение для инфор-

мационной матрицы:

Ранг информационной матрицы равен размерности подпространства на-

блюдаемых параметров движения цели в пространстве состояний. Если число

измерений пеленга не менее четырех и траектория пеленгатора не является пря-

молинейной равномерной, то ранг матрицы Φ равен четырем. В этом случае

имеется возможность получить оценку параметров траектории движения цели.

Если комплекс перемещается равномерно прямолинейно, то ранг матрицы

Φ не превышает трех. В этом случае предлагается разделить оцениваемое про-

странство состояния на прямую сумму подпространств наблюдаемых и нена-

блюдаемых параметров траекторий путем введения подвижной полярной сис-

темы координат.

Рассмотрим преобразование информационной матрицы Φ в подвижную

полярную систему координат , связанную с декартовой системой

координат соотношениями

где Д - расстояние от пеленгатора до цели; φ - текущий азимут; г, τ - отно-

шения радиальной и тангенциальной составляющих вектора относительной

скорости цели к Д.

Экстраполированные значения состояний траектории на один шаг в новой

системе координат определяются следующим нелинейным преобразованием:

где

Матрица Φ преобразуется к виду

где

Таким образом, если траектория носителя линейна, то наблюдаемыми па-

раметрами являются φ, г, τ. Если τ = 0 (что соответствует такой траектории це-

ли, при которой величина азимута постоянна), то, как видно из последнего вы-

ражения для матрицы Φ, ее ранг равен двум. Наблюдаемыми параметрами в

этом случае являются φ, τ.

На практике, как правило, известны пределы значений дальности и абсо-

лютной величины скорости цели, которые можно рассматривать как априор-

ную информацию о параметрах ее траектории.

Предположим, что априорная информация о траектории цели задана в ви-

де матрицы точности Ф

. В этом случае функция правдоподобия для вектора

состояния записывается в виде [6]

где s

- некоторая априорная оценка вектора состояния.

В выражение для информационной матрицы добавляется при этом допол-

нительное слагаемое Ф

Наличие априорной информации только о дальности не влияет на точ-

ность оценивания наблюдаемых параметров движения. Точность оценивания

дальности не зависит от числа измерений пеленга и значений остальных пара-

метров. Наличие априорной информации о величине скорости цели позволяет

повысить точность оценок параметров г их.

Оптимальная оценка вектора состояния траектории цели по критерию мак-

симума функции правдоподобия является решением уравнения ,

которое можно представить в виде

Полученное уравнение является нелинейным относительно sJJ.

Для вычисления оценки вектора состояния в соответствии с ним требуется

применить сложные вычислительные процедуры, поэтому целесообразно рас-

смотреть возможность нахождения приближенных оценок более простым путем.

Оценку вектора состояния траектории цели будем проводить в от-

носительной системе координат, связанной с БРЛС АК РЛДН:

Допустим, что на текущем обзоре получено измерение ф

и известна ап-

риорная информация о значении вектора состояния на предыдущем обзоре,

представленная матрицей точности Ф

и оценкой вектора состояния s

. Тогда

уравнение преобразуется к следующему [6]:

Следовательно,

Введем обозначения

С учетом этих обозначений уравнение для оценки параметров траектории

ИЦ можно представить в виде

Для того чтобы получить приближенное решение этого уравнения, разло-

жим функции в ряд Тейлора в точке s = s

и подставим в дан-

ное уравнение, пренебрегая членами, нелинейными по As :

где

Решая полученное уравнение относительно As получим выражение для

оценки вектора состояния [6]:

Следует отметить, что если пренебречь величиной вторых производных

функции наблюдения, то используя лемму об обращении матриц можно полу-

чить выражение для оценки вектора состояния, совпадающее с соотношением

фильтра Калмана.

В связи с тем, что размерность подпространства наблюдаемых параметров

зависит от вида траектории АК РЛДН, обращаемая матрица в уравнении для

оценки вектора параметров траектории ИЦ может оказаться плохо обусловлен-

ной при большой априорной неопределенности о дальности до излучающего

воздушного объекта. Поэтому при прямолинейной равномерной траектории

пеленгатора представление вектора состояния в декартовой системе координат

нецелесообразно.

Представление вектора состояния в полярной системе координат с огра-

ничением вектора состояния на подпространство наблюдаемых параметров по-

зволяет обеспечить устойчивость процесса оценивания параметров траектории.

Из приведенных выше соотношений следует, что на прямолинейном уча-

стке траектории АК РЛДН оценивается величина вектора скорости цели в от-

носительной системе координат, а на нелинейных участках - в неподвижной

системе координат. В связи с этим при пересчете значений вектора состояния

цели в различные системы координат необходимо учитывать текущее значение

вектора скорости пеленгатора.

На участках разворота комплекса представляет интерес исследование за-

висимости ошибок оценивания дальности до цели од от длительности процесса

обработки пеленговой информации при фиксированном периоде обзора. Для

известных априорных данных, в которых могут находиться значения дальности

(Д

тк1

, Д

тах

) и скорости излучающего объекта V

max

, матрица точности опреде-

ляется как

где

Вычисление оценок σ

для определенных исходных данных (Д

тах

= 650 км,

=50км, σ =0,5°) проведено методом статистических испытаний для

шести вариантов траектории излучающих объектов и двух вариантов траекто-

рий комплекса, которые показаны на рис. 4.17.

Рис. 4.17

На рис. 4.18, а и 4.19, а приведены выраженные в процентном отношении

от дальности до излучающих объектов зависимости значений σ

, обеспечивае-

мые алгоритмом сопровождения пеленговых траекторий, на рис. 4.18, б и

4.19, б для сравнения показаны потенциальные значения а

, полученные в ре-

зультате вычисления информационной матрицы.

Рис. 4.18

Рис. 4.19

Обобщенная блок-схема алгоритма самотриангуляции, выполненного в

соответствии с приведенными выше расчетными соотношениями, показана на

рис. 4.20.

Рис. 4.20

Таким образом, для достижения высокой точности оценки параметров

траекторий сопровождаемых ИЦ требуется либо введение длительного интер-

вала обработки измерений в БРЛС, либо реализация, как минимум, асинхрон-

ного режима обмена пеленговой информацией между взаимодействующими

комплексами. При полностью автономной работе формируемая траектория

АК РЛДН должна обеспечивать максимизацию изменения (по модулю) прово-

димых измерений пеленгов, осуществляемых в дискретные моменты времени.

4.5. Метод защиты от ответных импульсных помех,

основанный на совместном применении

разностно- и суммарно-дальномерного способов

определения координат

Ответной реакцией на излучение зондирующего сигнала БРЛС может

быть не только отраженный сигнал от воздушного объекта, но и излученные

целью активные радиопомехи индивидуальной защиты, что также демаскирует

разведываемый объект. В связи с этим, предполагая наличие подобной реакции

от цели, излучение зондирующих сигналов может выполняться не только для

анализа отражений зондирующего сигнала, но также и с целью формирования

разведываемым объектом ответных излучений. Применение станций РТР в со-

ставе информационных датчиков АК РЛДН предоставляет дополнительные

возможности по обнаружению объектов по их излучениям, детальному анализу

помеховой обстановки и реализации многопозиционных активно-пассивных

способов радиолокации.

Излучающие РЭС, в том числе и постановщики имитирующих помех, мо-

гут быть идентифицированы станцией радиотехнической разведки. При этом

возможно не только определение координат излучающих объектов, но и распо-

знавание типов РЭС.

Совместное применение БРЛС с ФАР и станций РТР позволяет опреде-

лить местоположение целей с использованием активных, активно-пассивных и

пассивных методов радиолокации, при этом возможна реализация многочис-

ленных методов определения местоположения разведываемых объектов: даль-

номерно-угломерный, суммарно-дальномерный, разностно-дальномерный, уг-

ломерно-угломерный и др.

Для определения местоположения излучающих объектов используются

многопозиционные комплексы радиотехнической разведки, состоящие из не-

скольких станций РТР, или комплексирование информации от средств актив-

ной радиолокации и станции РТР при групповых действиях АК РЛДН.

Дополнительные возможности по защите от активных помех появляются

при использовании информации от разнесенных источников. Применение разно-

стно-дальномерного или суммарно-дальномерного метода определения коорди-

нат предполагает наличие, как минимум, одного источника всенаправленного

излучения зондирующих сигналов и трех разнесенных приемных устройств. Ес-

ли излучение направленное, то достаточно двух разнесенных приемных пунктов

(в качестве одного из них может использоваться радиолокационная станция). То-

гда определение координат выполняется по известному направлению излучения

и по оценке суммы или разности дальностей до обнаруживаемого объекта. Такой

метод может применяться в условиях постановки противником ответных им-

пульсных помех группового прикрытия для обнаружения объектов, находящихся

за постановщиком помех относительно АК РЛДН.

Разность времен приема зондирующего сигнала пропорциональна разно-

сти дальностей до излучающего объекта и однозначно определяет гиперболоид

возможных положений цели, от которой этот сигнал отражен или которая из-

лучила сигнал. Направление излучения зондирующего сигнала позволяет одно-

значно определить местоположение источника сигналов путем нахождения

точки пересечения с указанной гиперболой. Тем самым обеспечивается селекция

всех ложных отметок, создаваемых ПАП. Такой эффект наблюдается даже при

условии, когда помеха излучается антенной с широкой диаграммой направлен-

ности и воздействует на приемные устройства всех элементов многопозицион-

ной системы. В этом случае определяются также и координаты самого ПАП.

Принцип применения указанного способа селекции многократных им-

пульсных имитационных помех рассмотрим на примере многопозиционной

системы, в которой используются БРЛС АК РЛДН в качестве приемо-

передающего устройства с направленным излучением и вынесенная станция

РТР в качестве слабо направленного приемника излучений. Станция радиотех-

нической разведки находится на расстоянии В от БРЛС, которое называется

базой многопозиционной системы. Без ограничения общности можно полагать,

что постановщик активных помех находится в направлении β

относительно

линии, соединяющей элементы многопозиционной системы и на дальности R

относительно БРЛС, а прикрываемые постановщиком помех объекты располо-

жены вдоль линии визирования БРЛС-ПАП (рис. 4.21).

Рис. 4.21

За момент времени отсчета принимается момент излучения БРЛС зонди-

рующего импульса. После этого БРЛС и станция РТР выполняют прием сигна-

лов в течение времени, необходимого для прохождения излученным сигналом

расстояния до установленной максимальной дальности и обратно.

Время приема сигналов БРЛС, отраженных от целей, связано с расстояни-

ем до целей соотношением , где с - скорость света, а время приема

импульсных помех, создаваемых постановщиком помех, где

- задержка в излучении помехи после обнаружения зондирующего сигнала

средством исполнительной радиотехнической разведки постановщика помех.

Зависимость времени приема отраженных от целей сигналов станцией РТР

имеет вид , а зависимость времени приема импульсных по-

мех, создаваемых постановщиком помех,

Из указанных зависимостей следует, что при приеме сигналов, излучен-

ных постановщиком помех, разность времени приема этих сигналов БРЛС и

РТР не зависит от времени задержки излучения помехи:

а при приеме зондирующих сигналов от целей разность этих времен определя-

ется разностью расстояний до целей:

При уверенном приеме всех сигналов в АК РЛДН как станцией РТР, так и

БРЛС достаточно использовать разностно-дальномерно-угломерный метод для

определения координат целей, прикрываемых постановщиком помех, и самого

ПАП. Но когда возможны пропуски сигналов и число принятых сигналов вели-

ко: в зоне разведки находится несколько целей и создаются многократные им-

пульсные помехи, имеют место ошибки определения времени приема сигналов,

цели не расположены в точности на одной линии с постановщиком помех, воз-

никает неопределенность, связанная с невозможностью сопоставить моменты

приема одних и тех же сигналов на обоих пунктах приема. Для разрешения та-

кой неопределенности может быть применен подход, основанный на вычисле-

нии суммы времен приема сигналов. После сопоставления моментов времени

приема сигналов, принятых на разных приемных пунктах, сигналы, излученные

постановщиком помех, селектируются по признаку совпадения разности вре-

мен их приема, что дает возможность выявить только те зондирующие сигна-

лы, которые обусловлены отражением от прикрываемых объектов.

Для оценки точности данного метода, рабочей зоны многопозиционной

радиолокационной системы, а также оптимизации этой рабочей зоны может