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

Подождите немного. Документ загружается.

6.4. Живучесть авиационных комплексов

радиолокационного дозора и наведения

Живучесть - одно из самых важных системных свойств информационно-

управляющих систем, характеризует их способность выполнять свои функции

в условиях реальных воздействий среды и противодействия. Если ИУС облада-

ет низкой живучестью, т. е. не способна сохранять работоспособность в усло-

виях реальной боевой обстановки, то ее использование теряет смысл при лю-

бых, даже самых высоких, показателях эффективности функционирования [61].

Под живучестью обычно понимают способность системы противостоять

внешним негативным воздействиям и сохранять или восстанавливать работо-

способность при наличии отказов и повреждений [21].

Под живучестью авиационного комплекса радиолокационного дозора и

наведения понимается живучесть не только самолета-носителя, но и живучесть

наводимых ЛА.

Повышение живучести - одна из самых устойчивых тенденций развития

сложных информационно-управляющих систем военного назначения [5]. В об-

щем случае, обеспечение живучести таких систем предполагает снижение их

уязвимости к различного рода негативным внешним воздействиям, включая ог-

невое поражение и радиоэлектронное подавление, и возрастание способности

сохранять и восстанавливать работоспособность при наличии повреждений и от-

казов. Необходимо подчеркнуть, что в интегрированных радиоэлектронных

комплексах восстанавливаемость обеспечивается соответствующей реконфигу-

рацией структуры [33].

Как правило, необходимые показатели живучести обеспечиваются сово-

купностью разнообразных организационных, алгоритмических, конструктор-

ских и технологических решений.

К основным негативным внешним воздействиям, влияющим на живу-

честь АК РЛДН, относятся:

1) огневое поражение носителя наводимых ЛА, а также обслуживающего

персонала обычными средствами уничтожения военной техники;

2) огневое поражение работающих РЛС АК РЛДН и наводимых ЛА про-

тиворадиолокационными ракетами;

3) радиоэлектронное подавление средствами РЭБ [52];

4) подавление СВЧ-оружием функционального поражения [25, 28];

5) интенсивный маневр цели.

Основные направления повышения живучести, позволяющие противосто-

ять отмеченным негативным воздействиям, показаны на рис. 6.6.

Рис. 6.6

Общепринятыми способами защиты самолета-носителя АК РЛДН от ог-

невого поражения является использование специально выделяемых средств

прикрытия [5], включающих достаточно большое число истребителей и

средств РЭБ.

Снижение заметности РЛС и их носителей должно обеспечиваться ком-

плексом разносторонних мер, гарантирующих маскировку в оптическом и теп-

ловом диапазонах, а также использованием при разработке самолетов техноло-

гий «Стеле» и различного рода радиопоглощающих покрытий. Особую роль

среди этих мер играет повышение скрытности излучений РЛС, которая обеспе-

чивается использованием многодиапазонных сверхширокополосных сигналов с

перестройкой несущей от импульса к импульсу, адаптивным к дальности цели

управлением мощностью зондирующих сигналов, временной регламентацией

излучения с широким применением режимов прогноза (экстраполяции).

Одним из действенных приемов уменьшения времени зондирования и по-

вышения эффективности режимов экстраполяции является комплексирование в

составе АК РЛДН и наводимых ЛА измерителей различной физической природы

(радиолокационных, оптических, тепловых, инерциальных и т. д.). Аналогичную

роль играет использование информации от внешних источников: других самоле-

тов дальнего радиолокационного обнаружения, систем спутниковой навигации,

наземных радиомаяков и т. д. [15,20]. Следует отметить, что применение ком-

плексирования внутренних и внешних источников информации одновременно

позволяет улучшить показатели восстанавливаемости АК РЛДН при нанесении

ущерба огневыми средствами поражения, средствами РЭБ и СВЧ-оружием

функционального поражения.

Использование специализированных экспертных советующих систем

позволяет обслуживающему персоналу АК РЛДН повысить адаптацию процес-

сов боевого применения и автономность устранения отказов и повреждений, что

имеет особенно большое значение для обеспечения живучести бортовых инфор-

мационно-управляющих систем. Наиболее эффективны экспертные советующие

системы в ситуациях, которые не поддаются формализованному описанию.

Одно из важных направлений снижения уязвимости ИУС к негативным

воздействиям - снижение чувствительности к ним, которое может быть реализо-

вано различными способами. Оно имеет два направления: уменьшение чувстви-

тельности к воздействию непреднамеренных и преднамеренных помех и умень-

шение чувствительности к поражающему действию СВЧ-оружия функционально-

го поражения. Вследствие особой важности данного направления оно будет

обсуждено отдельно.

Перспективным способом снижения интегральной чувствительности РЛС

к различного рода возмущениям является ее учет при синтезе алгоритмов,

совместно наилучших по точности, чувствительности и затратам на управление

[40]. Достоинство таких алгоритмов состоит в универсальности, позволяющей

получить одновременно снижение чувствительности систем к возмущениям

различной физической природы.

Значительную роль в обеспечении живучести АК РЛДН играет его спо-

собность устойчиво функционировать в условиях помех. В общем плане

принципы управления АК РЛДН в динамике конфликта со средствами радио-

электронного подавления рассмотрены в [11, 12]. Анализ средств РЭП и наи-

более опасных видов помех [53] позволяет прийти к следующим заключениям.

Увеличение числа применяемых помех, их различных комбинаций и су-

щественное возрастание их «сигналоподобности» сводит на нет концепцию

«каждой помехе - свое средство обнаружения (алгоритм) и защиты». В связи с

этим остановимся на некоторых способах и средствах помехозащиты, непо-

средственно влияющих на живучесть АК РЛДН.

Первый способ базируется на создании единого узла распозна-

вания сигнально-помеховой обстановки с использованием интеллектуальных

антенных решеток [37] и тонкого спектрального анализа с дальнейшим при-

менением компенсации установленной группы помех на основе алгоритмов

теории систем со случайной структурой и ситуационного управления.

Второй способ базируется на более широком внедрении скрытных

полуактивных режимов работы РЛС, основанных на обработке сигналов, отра-

женных от целей, облучаемых другими РЛС, и пассивных режимов, использую-

щих сигналы постановщиков помех и других источников излучения. Необходимо

отметить, что в последнем случае при использовании однопозиционной пассивной

РЛС удовлетворительная точность оценивания дальности и скорости сближения с

целью достигается через 50...60 с полета самолета-носителя при его достаточно

интенсивном маневрировании по курсу. Более приемлемо применение пассивных

двухпозиционных систем наведения, обеспечивающих практически мгновенное

оценивание всех требуемых координат [42].

Третий способ базируется на активной помехозащите, суть кото-

рой состоит в игровом использовании своих средств РЭБ и РЛС для ввода про-

тивника в заблуждение.

Защита электронной полупроводниковой аппаратуры РЛС от сверхмощ-

ных короткоимпульсных СВЧ-излучений может проводиться за счет сово-

купности специальных устройств, тактических приемов, организационных ме-

роприятий и режимов работы, автоматически включающихся или своевремен-

но применяющихся при возникновении угрозы поражения от указанных

излучений. В связи с этим способы защиты от воздействия сверхмощных СВЧ-

импульсов могут быть отнесены к технологическим, схемно-конструктивным и

организационным.

Основной принцип, который должен соблюдаться при организации защи-

ты РЛС от воздействия СВЧ-импульсов сводится к тому, что все защитные

устройства и действия должны оказывать минимальное влияние на выполнение

РЛС АК РЛДН возложенных на нее функциональных задач. Защите способст-

вует применение уже на этапе проектирования заведомо стойких к воздейст-

вию мощных СВЧ-импульсов элементов и компонентов, а также всего того, что

ослабляет наводимые напряжения и токи в цепях электронных систем в наибо-

лее чувствительных узлах. Защиту РЛС от сверхмощных короткоимпульсных

излучений целесообразно обеспечивать на нескольких уровнях.

Должна быть предусмотрена «грубая» защита. Под ней понимается экра-

нирование чувствительных узлов, замена проводных линий связи световодами,

установка разрядников во входных цепях. Устройства «грубой» защиты при

определенных условиях способны существенно снизить уровень мощности

СВЧ-импульсов, проникающих к чувствительным элементам и устройствам

РЛС. Однако «грубая» защита не всегда может понизить проникающую к чув-

ствительным элементам СВЧ-мощность до значений, меньших критериального

уровня поражения этих элементов [25]. Поэтому желателен уровень защиты,

который может быть обеспечен при помощи фильтров и корректирующих це-

пей. Такие устройства в принципе могут совмещать функции защиты с основ-

ными функциями работы РЛС и оптико-электронных систем АК РЛДН. Весьма

эффективным средством защиты ИУС от СВЧ-оружия ФП является использо-

вание во входных цепях СВЧ-модулей на базе сверхминиатюрных электрова-

куумных приборов.

Следующий уровень защиты предполагает разработку тактических приемов

противодействия оружию функционального поражения. Такие приемы могут

быть достаточно разнообразными, но главное, чтобы они не были шаблонными.

Специальные меры защиты от оружия ФП противника должны дополнять-

ся традиционными для радиолокации методами повышения помехозащищен-

ности, из которых наиболее эффективными будут, по-видимому, методы по-

вышения скрытности работы. Необходимо подчеркнуть, что требования по-

вышения скрытности и защищенности от средств РЭБ и СВЧ-оружия

функционального поражения требуют принятия радикальных мер по разра-

ботке более скрытных методов наведения, основанных на применении много-

позиционных принципов построения систем наведения с использованием по-

луактивных и пассивных режимов работы РЛС АК РЛДН и наводимых само-

летов [28].

Выявление угроз и их ликвидация - одни из важнейших направлений

повышения живучести АК РЛДН. В рамках этого направления можно выделить

три взаимосвязанных приема. Первый прием связан с увеличением дальности

обнаружения пуска авиационных ракет противника за счет использования РЛС.

Второй прием основан на повышении достоверности ранжирования угроз по

степени их важности, а третий прием базируется на непосредственном устра-

нении угроз, направленных на поражение АК РЛДН и наводимых ЛА.

Применение РЛС для регистрации факта пуска ракет позволяет обеспе-

чить по сравнению с оптическими средствами всепогодность и значительно

увеличить дальность его обнаружения. Один из перспективных приемов реше-

ния этой задачи - обнаружение фактов отделения ракеты от носителя и набора

ею скорости на основе тонкого спектрального анализа сигналов при длитель-

ном когерентном накоплении.

Рациональным способом повышения достоверности ранжирования угроз

(целей) по степени их важности является использование экстремальных линей-

но-квадратичных функционалов качества [50], дающих возможность оценить

не только опасность средства поражения, но и его благоприятность для унич-

тожения по существенно большему числу признаков.

В наиболее общем виде решающее правило на основе такого функционала

можно представить в виде соотношений

(6.1)

(6.2)

(6.3)

285

где I

и I

- функционалы, определяющие степень опасности (защиты) цели и ее

благоприятствования нападению; - номер цели; а

и а

- весовые коэф-

фициенты факторов опасности цели и благоприятствования нападению, причем

ι - соответственно априорное значение и оценка

того или иного параметра, характеризующего опасность для нас j-й цели; S

- априорное значение и оценка того или иного параметра, харак-

теризующего благоприятность нападения на j-ю цель; -

производные соответствующих параметров и их оценок, позволяющие учесть

тенденции изменения обстановки; - весовые коэффициен-

ты, учитывающие важность того или иного параметра для процедуры ранжиро-

вания в целом; Τ - временной интервал обращения к цели либо отрезок време-

ни от измерения до момента принятия решения о важности целей, которые

ранжируются по мере возрастания (6.1).

Если идентифицированная цель имеет лучшие летно-технические показатели

и показатели средств поражения, то в функционале (6.1) большую роль при его

минимизации играет слагаемое 1

(6.2) , которое учитывает требование

обеспечения собственной безопасности. В противном случае большую роль играет

слагаемое 1

(6.3) (а

< а

), характеризующее возможность нападения.

Следует отметить, что использование функционала (6.1)-(6.3) дает возмож-

ность достаточно просто адаптировать процедуру ранжирования целей по степе-

ни их важности под тип носителя и решаемую им задачу, манипулируя составом

слагаемых и весовыми коэффициентами, учитывающими их важность.

Среди различных вариантов устранения угроз для АК РЛДН и наводимых

ЛА наряду с непосредственным уничтожением средств поражения целесооб-

разно применять свои системы РЭП и СВЧ-оружие ФП. Кроме того, весьма

перспективным являются специальные режимы уклонения АК РЛДН и наво-

димых ЛА от ракет противника [46].

Режимы уклонения от средств поражения могут быть реализованы дву-

мя способами.

Способ 1 основан на использовании различного рода маневров, при

которых возникают вторые и более высокие производные законов изменения

дальности, скорости и бортовых пеленгов. При таких маневрах существенно

ухудшаются условия обнаружения лоцируемых с ракеты объектов [32] и воз-

никают нарастающие динамические ошибки сопровождения, приводящие к

его срыву [46].

Способ 2 основан на использовании резких маневров уклоняемых

ЛА на конечном участке наведения ракет. Вследствие инерционности системы

управления ракетой (СУР) и самой ракеты она не успевает до окончания само-

наведения отработать изменения пространственного положения поражаемого

объекта [38].

Следует отметить, что маневр целей, лоцируемых с АК РЛДН, и наводи-

мых объектов может приводить к аналогичным потерям. В связи с этим необ-

ходимо принимать специальные меры для уменьшения влияния маневров це-

лей на показатели наших систем сопровождения.

Достаточно эффективными средствами, позволяющими снизить негатив-

ное влияние маневров, являются увеличение размерности вектора оцениваемых

координат с включением в него составляющих ускорений [44] и специальные

адаптивные алгоритмы сопровождения [45].

Использование АФАР позволяет улучшить целый комплекс характеристик,

непосредственно влияющих на живучесть РЛС и АК РЛДН. Из этих характери-

стик необходимо отметить повышение пространственной скрытности за счет ор-

ганизации программируемого обзора с квазислучайным законом изменения на-

правления просмотра зоны ответственности [13]. Кроме того, по сравнению с дру-

гими типами антенн, АФАР сама по себе имеет более высокую живучесть за счет

большого числа приемопередающих модулей. Так, например, в перспективных

бортовых РЛС используются АФАР с несколькими тысячами элементов [54]. При

таком числе элементов выход из строя 10 % из них практически не повлияет на

тактико-технические показатели РЛС.

Необходимо, однако, подчеркнуть, что использование АФАР в чисто полу-

проводниковом исполнении нецелесообразно из-за уязвимости к СВЧ-

воздействиям функционального поражения.

Задача повышения защищенности РЛС АК РЛДН и наводимых ЛА от

противорадиолокационных ракет (ПРР) - одна из самых важных в комплек-

се проблем повышения живучести. При решении этой задачи могут использо-

ваться как активные, так и пассивные методы [47]. Суть активных методов сво-

дится к оказанию поражающих воздействий либо на самолет-носитель, либо на

саму ПРР. Суть пассивных методов состоит в повышении скрытности всех

бортовых источников радиоизлучений.

Одним из самых эффективных способов повышения живучести систем

управления вооружением является использование многопозиционного прин-

ципа построения, дающего возможность реализовать многоканальные систе-

мы наведения.

Под многопозиционной системой многоканального наведения понимается

совокупность функционально связанных систем наведения нескольких про-

странственно разнесенных объектов управления, измерители которых образу-

ют единую информационную систему [56].

Особое значение для повышения живучести АК РЛДН имеет увеличение на-

дежности его функционирования, связанное с использованием резервирования [61]

и управляемой реконфигурации ИУС [33]. Поскольку повышение его живучести за

счет резервирования аппаратных средств широко известно, то далее более подробно

остановимся на повышении живучести программного обеспечения (ПО).

Под живучестью ПО понимается его свойство правильно выполнять функ-

ции в полном объеме или частично в условиях появления входных данных, непре-

дусмотренных технической документацией, а также при разрушении элементов

аппаратурной части вычислительной системы [59]. Следует отметить, что исполь-

зование избыточных ресурсов ПО при отказах аппаратуры позволяет восстановить

заданную работоспособность, допуская некоторую деградацию системы относи- |

тельно менее существенных функций при условии сохранения ее основного целе-

вого назначения.

Необходимо подчеркнуть, что природа отказов аппаратуры и ПО различна.

Если причиной отказов и сбоев аппаратуры являются производственные дефекты,

ухудшение параметров комплектующих элементов из-за износа или старения, то

причины отказов ПО - трудно прогнозируемые и необнаруживаемые ошибки,

внесенные на этапе проектирования.

Проблема живучести ПО чрезвычайно важна, поскольку оно намного

сложнее аппаратуры, а его стоимость часто превышает стоимость аппаратуры.

Для обеспечения требуемого уровня живучести ПО следует:

1) свести к минимуму возможные ошибки на этапе разработки;

2) обеспечить программно-техническую реализацию методов и средств

повышения устойчивости к ошибкам при эксплуатации [57];

3) обеспечить коррекцию цели функционирования ПО при утрате возмож-

ности выполнения первоначально заданного объема функций.

Устойчивость к ошибкам ПО, под которой понимается его способность

продолжать функционирование при наличии ошибок, обеспечивается реали-

зацией динамической избыточности и изоляцией ошибок. Для обеспечения ди-

намической избыточности применяют метод многовариантного программиро-

вания, суть которого состоит в независимой генерации нескольких функцио-

нально эквивалентных программ (версий) для одних и тех же условий.

Изоляция ошибок заключается в сведении к минимуму последствий рас-

пространения ошибок и защите каждой из программ в системе от ошибок дру-

гих программ. Решение этой задачи связано с необходимостью обнаружения и

исправления ошибок. Известным приемом решения этой задачи является ис-

пользование избыточных кодов с обнаружением ошибок и их обнаружением и

исправлением. Следует, однако, отметить, что этот прием требует значительно-

го усложнения программ вычислений.

В свою очередь, при наличии сбоев и отказов (разрушения) аппаратуры

могут возникать искажения [57]: 1) кодов операций; 2) адресной информации;

3) констант в структуре программ; 4) констант, используемых при вычислени-

ях; 5) вычисляемых значений величин в процессоре; 6) засылаемых и храни-

мых переменных в ОЗУ; 7) входной и выходной информации, поступающей по

линии связи.

Необходимо подчеркнуть, что первые три типа искажений изменяют про-

грамму, в то время как остальные искажают данные.

В общем случае последовательность операций по парированию ошибок ПО и

сбоев и отказов в аппаратуре сводится к поиску способов выявления ошибочных

результатов и вариантов формирования выходного сигнала вместо ошибочного; к

оценке ухудшения качества функционирования систем более высокого уровня ие-

рархии и принятию решения на конкретную коррекцию [57].

Среди этой последовательности наиболее значимым является выявление

ошибок, способы обнаружения которых можно разделить на три уровня:

1) операционный, 2) функциональный, 3) системный.

Операционный уровень реализует система контроля БЦВМ, которая может

обнаружить, а в специально предусмотренных случаях и исправить ошибки

хранения информации, ее передачи и обработки.

Функциональный уровень позволяет выявлять неправильные результаты вы-

числений управляющих сигналов, используя алгоритмические или эвристиче-

ские методы. Простейший способ обнаружения нарушений на функциональном

уровне - это стробирование, при котором проводится оценка допустимого значе-

ния сформированного сигнала по информации о сигнале на предыдущем такте и в

случае превышения допустимого отклонения - использование предыдущего

управляющего сигнала. Применяются и более сложные способы выявления и кор-

рекции нарушений функционирования функционального программного обеспече-

ния (ФПО), что, однако, приводит к существенному росту потребляемых ресурсов

БЦВС[51].

Системный уровень — уровень

операционной системы - позволяет

контролировать ход вычислительного

процесса, последовательность реше-

ния задач и их завершенность.

Специфической особенностью

современных АК РЛДН является

пропадание целей в мертвых зонах и

зонах доплеровской режекции [9, 27]

(рис. 6.7,д,б). Для уменьшения влия-

ния мертвых зон в вертикальной

плоскости (рис. 6.7,6) необходимо

использовать многобазовую антен-

ную систему. Снижение влияния зон

хвостового затенения [9] и зон допле-

ровской режекции [27] (рис. 6.7,а)

Рис. 6.7

можно обеспечить путем совместной работы нескольких АК РЛДН в рамках

единой многопозиционной системы наведения.

Следует отметить многообразие причин снижения живучести, сложность

решения задач ее улучшения и необходимость комплексного решения этой

проблемы.

6.5. Режимы работы авиационных комплексов

радиолокационного дозора и наведения

нового поколения

В общем случае АК РЛДН представляет собой дорогостоящее изделие

длительного пользования, при разработке которого в максимальной степени

учитываются как достижения предыдущего поколения комплексов этого типа,

так и необходимость наращивания его возможностей. Поэтому в АК РЛДН но-

вого поколения необходимо сохранить режимы, рассмотренные в 5.1, улучшив

показатели их эффективности, надежности и живучести. В то же время необхо-

димо использование новых режимов, обусловленных появлением новых видов

боевой техники, новых тактических приемов, требованиями экономичности и

возможностями новых технологий. Ниже внимание в основном будет уделено

особенностям новых режимов системы наведения и их влиянию на режимы ра-

боты информационных систем.

Анализ материала, изложенного в 6.1-6.4, позволяет прийти к следующим

заключениям.

Требования экономичности и универсальности предопределяют разра-

ботку многофункционального комплекса, обеспечивающего работу как по на-

земным, так и воздушным объектам и осуществляющего управления летатель-

ными аппаратами различных классов в процессе полета по маршруту, наведе-

ния на воздушные и наземные цели, а также управления сопрягаемыми ком-

плексами аналогичного типа, беспилотными летательными аппаратами,

самолетами-ретрансляторами, топливозаправщиками и т. д.

Эта специфика обусловливает необходимость использования в АК РЛДН

двух групп режимов, которые условно можно назвать «воздух-воздух» и

«воздух-поверхность». Однако независимо от группы в каждой должны быть

режимы:

а) обнаружения, позволяющие получить общее представление о воздуш-

ной и наземной обстановке и выполнить государственное опознавание по

принципу «свой-чужой» [34];

б) многоцелевого автоматического сопровождения, в которых выполняют-

ся ранжирование целей по степени их важности и формирование оценок всех