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

Подождите немного. Документ загружается.

Немаловажную роль в повышении экономичности использования АК РЛДН

играет снижение затрат топлива на барражирование и наведение управ-

ляемых самолетов. В связи с этим необходимо принимать меры по оптимиза-

ции траекторий барражирования и наведения. Для решения последней задачи

более целесообразно использовать наведение ЛА в упрежденную точку встре-

чи, обеспечивающее полет практически по прямолинейной траектории, в отли-

чие от методов погони и маневра [44].

Проблема снижения потерь затрагивает как сам АК РЛДН, так и наводи-

мые самолеты. Необходимо отметить, что защита АК РЛДН является дорого-

стоящей задачей, поскольку для ее решения выделяется большое число истре-

бителей прикрытия с соответствующими расходами топлива и средств пораже-

ния. Одно из важных факторов снижения потерь своих самолетов состоит в

качественном улучшении процедур обнаружения угроз и их устранения. Пер-

спективным направлением повышения безопасности АК РЛДН является ис-

пользование беспилотных разведывательных и ударных летательных аппаратов

при решении задач с повышенными угрозами [4].

Важным фактором снижения потерь своих самолетов является радикаль-

ное повышение скрытности процедур наведения [28], основанное на более ши-

роком использовании пассивных и полуактивных режимов работы АК РЛДН и

наводимых ЛА в рамках многопозиционных систем наведения [56, 60]. Весьма

перспективный способ защиты АК РЛДН - использование на истребителях

прикрытия ракет с СВЧ-оружием функционального поражения [25, 29].

6.2.1. Многофункциональность АК РЛДН

В общем случае многофункциональность, давая возможность использо-

вать один самолет и один экипаж для решения большого числа боевых задач,

является одним из кардинальных способов снижения затрат на ведение бое-

вых действий. Особую значимость многофункциональность применения име-

ет для АК РЛДН, который должен осуществлять информационное обеспече-

ние боевых действий практически всех видов вооруженных сил. Однако рас-

ширение круга решаемых задач однозначно связано с увеличением числа

режимов работы обзорно-прицельных систем, включая БРЛС. При этом необ-

ходимо обеспечивать процессы наведения ракет, самолетов и кораблей на

воздушные, наземные и надводные цели, а также процедуры управления бес-

пилотными ЛА, другими типами АК РЛДН, топливозаправщиками, ретранс-

ляторами и т. д.

Анализ задач, решаемых при ведении боевых действий, и информации,

используемой для их решения, показывает, что необходим режим поиска и об-

наружения целей во все увеличивающейся зоне ответственности, режимы

автоматического сопровождения одиночных и групповых воздушных и назем-

ных целей, включая цели как разнесенные в пространстве, так и в составе

больших компактных групп, режимы распознавания угроз и целей вплоть до их

типа. Необходимы также режимы совместного функционирования информаци-

онных систем в составе многопозиционных систем наведения с использовани-

ем активных, полуактивных и пассивных вариантов работы как в дальней, так и

в ближней зонах, применяемые для информационного обеспечения систем

обороны носителя, процедур автоматической дозаправки в воздухе и т. д.

Анализ информации, необходимой для решения задач навигации, разведки

и уничтожения наземных целей, свидетельствует о необходимости использова-

ния всех возможных режимов землеобзора БРЛС: обзора земной поверхности с

использованием обычного луча (ОЛ) и синтезирования апертуры, обеспечи-

вающего наилучшую детальность изображения, а также режима селекции дви-

жущихся наземных целей [35].

Следует отметить, что использование режимов землеобзора требует ис-

пользования различных траекторий полета наводимых самолетов и большого

набора средств поражения различных целей [3, 30], для применения которых

необходим вывод управляемого самолета на заданную дальность до цели под

определенным углом к ней с определенной угловой скоростью линии визиро-

вания, что обусловливает необходимость разработки универсального метода

наведения. Необходимость управления самолетом вплоть до применения ору-

жия обусловлена в том числе и требованием повышения скрытности [28].

Другим направлением, расширяющим функциональные возможности

АК РЛДН, является его использование в качестве одной из позиций в составе

многопозиционной системы наведения (МПСН) [56]. Следует подчеркнуть,

что все преимущества МПСН могут быть реализованы в полной мере лишь

после разработки алгоритмов оптимального, в том или ином смысле, управ-

ления позициями, их совместным радиолокационным полем, временным

графиком их взаимосвязанной работы и индивидуальными режимами от-

дельных РЛС.

Одним из самых эффективных приемов, позволяющих существенно повы-

сить вероятность преодоления наземных средств ПВО, является полет на ма-

лых и сверхмалых высотах [46]. Повышение этой вероятности объясняется

следующими причинами:

1) уменьшением дальности обнаружения низколетящих целей (НЛЦ) на-

земными РЛС и соответствующим уменьшением времени на подготовку и вы-

полнение перехвата;

2) ухудшением точности или срывом сопровождения НЛЦ по направле-

нию наземными РЛС из-за эффекта «маневра»;

3) проявлением эффектов затенения и антиподов.

Самым радикальным способом обнаружения маловысотных целей являет-

ся использование АК РЛДН с импульсно-доплеровскими РЛС.

Многофункциональность АК РЛДН, предопределяющая широкий набор

методов наведения на воздушные и наземные (надводные) цели и использова-

ние большого набора режимов работы, обеспечивающих все возможные вари-

анты его боевого применения, обусловливает ряд принципиальных особенно-

стей его построения:

1) управление информационными потоками, обеспечивающее рациональ-

ное целераспределение;

2) выбор адекватного метода наведения и необходимого режима работы;

3) способ обзора пространства, выбор диаграммы направленности антенны;

4) выбор нужных алгоритмов первичной и вторичной обработки сигналов,

а также определение временной диаграммы выполнения различных операций,

адаптированной под конкретную задачу, решаемую самолетом.

Важной особенностью является использование в перспективной БРЛС

широкополосной АФАР (ФАР), способной реализовать весь необходимый на-

бор диаграмм направленности, включая формирование нуля в направлении ис-

точника помех, в полосе частот используемых зондирующих сигналов с ком-

плексом алгоритмов, реализующих преимущества электронного способа

управления лучом антенны. Кроме того, необходимы рациональный отбор ин-

формации и унификация ее представления в системе индикации, не приводя-

щие к информационно-психологической перегрузке операторов в процессе на-

ведения самолетов. Принципиально важным является наличие высокопроизво-

дительной бортовой вычислительной системы.

6.2.2. Экономичные боевые режимы работы АК РЛДН

Под экономичными ниже понимаются режимы работы АК РЛДН, позво-

ляющие снизить в процессе решения боевых задач все виды затрат. Из этих ре-

жимов можно выделить: автоматическое сопровождение целей в режиме обзора,

дающее возможность одному самолету осуществлять наведение большого числа

своих ЛА на большое число воздушных и наземных (надводных) целей; режим

сопровождения с разрешением целей в плотной группе, позволяющий определить

рациональное число привлекаемых перехватчиков и средств поражения.

Под АСЦРО, именуемым иногда режимом дискретного сопровождения

(РДС), понимается процедура непрерывного формирования относительных и

абсолютных фазовых координат целей при достаточно редком (дискретном)

поступлении от них отраженных сигналов [31]. Достоинством АСЦРО является

органичное сочетание возможностей одновременного повышения боевой эф-

фективности и экономичности ведения боевых действий, которые базируются

Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения

на использовании одного самолета и одного экипажа для решения широкого

круга задач при обслуживании большого числа целей. Способность этих алго-

ритмов к непрерывному автоматическому оцениванию координат множества

целей при дискретном получении от них отраженных сигналов дает возмож-

ность непрерывно формировать сигналы управления самолетами и команды

целеуказаний (ЦУ) ракетам.

Автоматическое сопровождение целей в режиме обзора, представляющее

специфический режим совместного функционирования РЛС и БВС, состоит из

нескольких этапов [31]:

1) формирование первичных измерений, завязки траекторий;

2) экстраполяция относительных фазовых координат (траекторий) всех

сопровождаемых целей в промежутках между поступлениями от БРЛС резуль-

татов измерений;

3) идентификация поступающих измерений на принадлежность тем или

иным экстраполируемым траекториям;

4) коррекция (фильтрация) той или иной из экстраполируемых траекторий

по результатам идентифицированных измерений;

5) ранжирование целей по степени их важности (опасности);

6) сброс сопровождаемых траекторий.

Функциональные связи между этими этапами показаны на рис. 6.5.

Рис. 6.5.

Существующие алгоритмы АСЦРО с учетом возможностей бортовых вычис-

лителей и антенных систем с механическим сканированием имеют большие вре-

мена завязки траектории, большие ошибки экстраполяции и ее коррекции, недос-

таточную достоверность идентификации получаемых измерений и недостаточно

высокую достоверность ранжирования целей по степени опасности [5].

В связи с этим в АК РЛДН нового поколения необходимо:

1) существенно снизить время завязки траектории и ошибки экстраполя-

ции за счет использования ФАР, позволяющей значительно уменьшить время

обращения к цели;

2) повысить точность оценивания всех фазовых координат, используемых

для управления наводимыми ЛА и в качестве целеуказаний их ракетам за счет

использования алгоритмов аналого-дискретной фильтрации [45];

3) улучшить разрешающую способность за счет использования бесстробо-

вой идентификации измерений и траекторного управления наблюдением;

4) повысить достоверность ранжирования целей по степени их важности.

Кардинальным направлением решения этого вопроса является использование

более сложных линейно-квадратичных функционалов, дающих возможность

определить не только наиболее опасные цели, но и цели, наиболее благоприят-

ные для поражения [44].

Одно из направлений повышения экономичности ведения боевых дейст-

вий авиацией связано с определением рационального состава группы самоле-

тов, снаряжаемых для перехвата летательных аппаратов противника. Возмож-

ность определения требуемого состава группы перехватчиков, адекватно отве-

чающей реальной обстановке, базируется на определении типов

перехватываемых летательных аппаратов, их количественного состава и вза-

имного расположения. Возможность определения состава группы и взаимного

расположения ЛА в ней в значительной мере зависит от разрешающей способ-

ности БРЛС. Особенно актуальна проблема обеспечения высокого разрешения

при сопровождении компактных групп целей в плотных боевых порядках.

Из всех этих видов разрешения наиболее сложно обеспечить высокую раз-

решающую способность по угловым координатам, поскольку она имеет естест-

венное, труднопреодолимое ограничение, определяемое шириной диаграммы

направленности, которая в свою очередь зависит от соотношения размеров ан-

тенны и длины волны.

Проблема улучшения разрешающей способности по углу может решаться

несколькими способами. Получение сверхразрешения по углу, основанное на

использовании многопозиционного принципа [56], требует высокоточного

управления позициями и высокоточной синхронизации бортовых систем от-

дельных позиций.

Способы получения сверхразрешения, основанные на применении различ-

ных процедур спектрального оценивания, могут быть использованы лишь в

БРЛС с ФАР и требуют значительных вычислительных затрат и соблюдения

большого числа ограничений.

Весьма перспективным направлением улучшения разрешающей способно-

сти по углу, пригодным к применению как в многопозиционных, так и в одно-

позиционных радиолокационных системах с ФАР или с обычными антеннами,

является использование так называемого траекторного управления наблюде-

ниями [39, 41]. В приложении к процедурам измерения угловых координат оно

основано на переходе от разрешения по углу, определяемого шириной диа-

граммы направленности, к доплеровскому обострению луча.

Необходимо отметить, что законы траекторного управления для получе-

ния таких маневров не сложны и могут быть достаточно просто реализованы на

практике.

6.23. Снижение потерь самолетов

Снижение потерь своих самолетов содержит два аспекта, один из которых

связан со снижением потерь наводимых самолетов, а второй - с защитой непо-

средственно самого АК РЛДН.

Вследствие особой важности последней проблемы, обусловленной слож-

ностью решаемых АК РЛДН задач и высокой стоимостью его производства и

эксплуатации, ей уделяется особое внимание.

Повышение безопасности АК РЛДН обеспечивается совокупностью мер,

включающих как использование истребителей прикрытия, так и совершенство-

вания режимов работы его информационных систем. При этом для снижения

затратности процедур прикрытия важное значение приобретает оптимизация

районов базирования и барражирования истребителей защиты. Кроме того,

большое значение имеет принятие специальных мер по увеличению осведом-

ленности экипажа АК РЛДН о воздушной и наземной обстановке. К этим ме-

рам в первую очередь относятся:

1) увеличение дальности действия бортовой РЛС до значений, позволяю-

щих заблаговременно принять меры по ликвидации возникающих угроз;

2) идентификация обнаруженных целей вплоть до их типа;

3) достоверное ранжирование целей по степени их опасности;

4) уменьшение времени пропадания целей в зонах режекции [27];

5) предотвращение попадания атакующих средств поражения в мертвую

зону обзора в вертикальной плоскости;

6) использование одновременной работы нескольких АК РЛДН, обеспечи-

вающих взаимное информационное прикрытие друг друга в зонах невидимости

целей.

Следует подчеркнуть, что для повышения безопасности функционирова-

ния АК РЛДН необходимо совершенствовать индивидуальные средства защи-

ты, включая средства радиоэлектронной борьбы и СВЧ-оружие ФП [25, 29].

Особенности решения проблемы снижения потерь наводимых самолетов

более подробно рассмотрены в 6.4.

6.3. Технологические факторы, влияющие на облик

авиационных комплексов радиолокационного

дозора и наведения

Технологические факторы определяют различные аспекты процессов, ох-

ватывающих весь жизненный цикл АК РЛДН и включающих поддержку разра-

ботки и саму разработку, эксплуатацию, а также применение готовых техноло-

гических продуктов, отработку моделей, подсистем и систем в целом и выпуск

документации [24].

В общем случае, под технологиями понимают либо конкретный процесс,

при помощи которого производят определенный продукт, либо описание и со-

ответствующую поддержку процесса производства. Следует отметить, что лю-

бая технология имеет предел своего использования, под которым подразуме-

вают предельные технологические параметры конечного продукта, наиболее

важные для потребителя. Если предельные параметры уже не удовлетворяют

потребителя, то неизбежно использование других технологий, обладающих

большими возможностями.

Как правило, при разработке серьезных проектов, к которым, собственно,

и относится создание АК РЛДН нового поколения, должна разрабатываться

четкая программа реагирования на технологические пределы. При этом в фир-

ме-разработчике должны, как минимум, разрабатываться два проекта. Один из

них направлен на выявление естественных пределов совершенствования

имеющейся основной технологии, а второй - на отыскание более перспектив-

ной альтернативной технологии.

Следует отметить, что при разработке таких сложных изделий, как

АК РЛДН, используются сотни и тысячи различных технологий. Однако среди

них можно выделить одну, две или несколько, имеющих решающее значение для

разработки авиационного комплекса, которые называют критическими техноло-

гиями. В качестве примера ниже приведен перечень из ряда опубликованных

МО США критических технологий [52], использование которых пригодно при

разработке АК РЛДН нового поколения. К этим технологиям относятся:

1) изготовление арсенид-галлиевых и других сложных полупроводников;

2) микроэлектронные изделия и их изготовление;

3) интегральная оптика;

4) волоконно-оптические линии связи;

5) ЭВМ с распределенной архитектурой;

6) технологии создания надежного программного обеспечения;

7) имитация и моделирование;

8) средства функционального поражения и средства защиты от них;

9) импульсные источники питания;

10) чувствительные РЛС;

11) пассивные датчики;

12) автоматическое распознавание целей;

13) активные фазированные антенные решетки;

14) управление сигнатурой;

15) объединение данных;

16) робототехнические комплексы с использованием средств искусствен-

ного интеллекта.

Первые технологии 1, 2 направлены на получение сверхчистых арсенид-

галлиевых и других полупроводниковых материалов, дающих возможность обес-

печить серийное производство надежных сверхмалых интегральных устройств для

использования в перспективных высокоскоростных ЭВМ, сверхчувствительных

приемниках, различных устройствах автоматического управления и т.д.

Целью технологий 3, 4 является разработка надежных малогабаритных

оптических устройств памяти и обработки сигналов и данных, а также светово-

дов с низкими потерями для систем связи, навигации, радиолокации и т. д.

Следующие технологии 5-7 связаны с разработкой систем сверхскорост-

ной обработки данных за счет одновременного использования всех вычисли-

тельных средств в следующем поколении информационно-управляющих сис-

тем. Решение этой задачи должно сопровождаться созданием надежного про-

граммного обеспечения как для распределенной ЭВМ нового поколения, так и

для проверки концепций и конструкторских решений без построения физиче-

ских макетов и опытных образцов.

Технология 8 связана с разработкой микроволновых генераторов большой

мощности, применяемых в системах оружия для вывода из строя или разруше-

ния полупроводниковой техники различного назначения. В связи с развитием

СВЧ-оружия функционального поражения важной является технология разра-

ботки и эксплуатации средств защиты информационно-управляющих систем от

поражающих СВЧ-импульсов.

Технология 9 должна обеспечить получение электроэнергии устройствами

малого объема и массы, что имеет большое значение для различных средств

поражения.

Все остальные критические технологии напрямую связаны с разработкой

АК РЛДН следующего поколения. Разработка чувствительных РЛС подразуме-

вает создание радиолокационных датчиков, обеспечивающих обнаружение,

классификацию, распознавание и идентификацию малозаметных неизлучаю-

щих целей. Весьма важным является разработка пассивных неизлучающих дат-

чиков для систем обнаружения целей и контроля сигнально-помеховой обста-

новки. Следует подчеркнуть, что использование пассивных режимов работы

РЛС, лежащих в основе повышения скрытности, является принципиально не-

обходимым для повышения боевой эффективности и живучести АК РЛДН.

Технологии, направленные на создание систем автоматического распозна-

вания целей, основаны на разработке банка данных сигналов различных целей,

соответствующих архитектур бортовых ЦВМ, алгоритмов и методов обработки

сигналов для обнаружения, классификации и сопровождения целей в реальном

масштабе времени. Эти технологии имеют особенно важное значение для

АК РЛДН как в режимах «воздух-воздух», так и в режимах «воздух-

поверхность», обеспечивая достоверное дешифрирование радиолокационных

изображений целей.

Одними из самых важных для создания АК РЛДН нового поколения яв-

ляются технологии производства приемопередающих модулей активных

фазированных антенных решеток. Использование АФАР, давая возможность

формировать электронно-управляемые лучи различной формы, позволяет ре-

шить целый комплекс проблем, включающих:

1) возможность обеспечения высокоточного режима многоцелевого со-

провождения на базе программируемого обзора [13];

2) одновременную работу РЛС в нескольких режимах по воздушным и на-

земным целям;

3) управление мощностью излучения, адаптированное под конкретную це-

левую обстановку, и формирование многолучевых диаграмм направленности и

провалов в направлении источников помех для решения задач РЭП и контр-

РЭП;

Необходимо подчеркнуть, что технология АФАР [7] позволяет созда-

вать высокоэффективные РЛС с высокой живучестью при соблюдении двух

условий:

1) одновременной разработке комплекса алгоритмов и программ бортовой

РЛС, обеспечивающих реализацию всех преимуществ электронного способа

управления лучами антенны;

2) разработке высокоэффективных средств защиты от СВЧ-оружия функ-

ционального поражения.

Без учета последнего условия РЛС с АФАР будет представлять собой до-

рогостоящее изделие мирного времени.

Технология управления сигнатурой обеспечивает снижение демаски-

рующих признаков в радиолокационном, оптическом и акустическом диапазо-

нах для повышения живучести АК РЛДН [21].

Технологии объединения данных направлены на разработку систем со-

вместной обработки информации от всех источников, прежде всего, посту-

пающей от РЛС, ОЭС станций РТР, бортового комплекса радиоэлектронного

подавления, спутниковых и бортовых навигационных систем и т. д. Объедине-

ние данных от различных источников подразумевает и аппаратно-программ-

ную интеграцию всех бортовых информационных систем [33].

Усложнение условий функционирования АК РЛДН и использование разветв-

ленной сети информационных режимов обусловливают возрастание информаци-

онно-психологических нагрузок на экипаж и усиление ответственности за послед-

ствия принятых решений, что предопределяет усиление роли информационных

технологий на базе искусственного интеллекта. Системы искусственного интел-

лекта отличаются от обычных адаптивных систем прежде всего использованием

опыта наиболее подготовленных специалистов-профессионалов на базе рекомен-

даций, полученных в процессе экспертных оценок, способностью решать задачи, в

которых отсутствуют четко формализованные правила переработки информации,

и способностью обучаться в процессе функционирования.

В последнее время в США интенсивно развивается технология создания

глобальных сетецентрических информационно-управляющих систем (см.

рис. 6.2) [14], в рамках которой важное место отводится АК РЛДН не только

как многоканальному источнику разнообразной информации, но и как много-

функциональному управляющему звену.

Необходимо подчеркнуть, что из всех выше рассмотренных критических

технологий для АК РЛДН наиболее важны технологии АФАР и распределен-

ных вычислительных систем.

Кроме того, все возрастающее значение приобретают технологии управ-

ления информационными потоками внутри АК РЛДН, достоверного высо-

коточного режима многоцелевого сопровождения на базе программируемого

обзора.

В заключение следует отметить, что в основе большинства критических тех-

нологий лежат научно-технические достижения страны-разработчика. Среди важ-

нейших научных направлений, являющихся теоретической базой передовых тех-

нологий, необходимо прежде всего выделить теоретические основы пространст-

венно-временной обработки сигналов, системный анализ, статистическую теорию

оптимального управления, теорию распознавания образов, теорию оптимального

оценивания фазовых координат и параметров процессов и систем и теорию приня-

тия решений. До недавнего времени применение перспективных многомерных ал-

горитмов обработки сигналов и управления, полученных на основе указанных

теорий, сдерживалось ограниченными возможностями вычислителей. Следует

подчеркнуть, что бурный рост производительности бортовых вычислительных

систем во многом снял ограничения на внедрение в практику более совершенных

алгоритмов обработки информации и управления.