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

Подождите немного. Документ загружается.

чивают радиолокационные визирные системы. Кроме того, при прочих равных

условиях БРЛС обеспечивает в любых метеоусловиях наибольшую дальность

захвата цели на автосопровождение, предопределяя тем самым наименее жест-

кие требования к продолжительности функционирования радиоэлектронной

системы управления на этапе самонаведения.

Проблема сопряжения методов управления, используемых на этапах даль-

него и ближнего наведения, становится более актуальной в связи с перспекти-

вой смешанного управления, подразумевающего совместное использование

методов командного наведения и самонаведения. В рамках этой концепции в

основе этих методов должны лежать одни и те же закономерности, требующие

одинакового информационного обеспечения и отличающегося только конеч-

ным представлением параметра рассогласования.

Еще одной особенностью перспективных методов наведения является их

согласование с перечнем и дискретностью передачи управляющих сигналов

командной радиолинией управления. В существующих КРУ управляющие сиг-

налы традиционно передаются в виде требуемых значений курса ψ, высоты Η и

скорости V [2]. Однако потребности наведения на сверхманевренные и гипер-

звуковые летательные аппараты предопределяют и необходимость передачи

ряда дополнительных фазовых координат, в том числе и производных дально-

сти, высоты и скорости.

Кроме того, при наведении на эти типы ЛА требуются существенно мень-

шие временные интервалы передачи команд, что обусловливает использование

в БРЛС АК РЛДН фазированной антенной решетки и увеличение пропускной

способности КРУ.

В перечне ограничений, налагаемых информационными системами на

возможности методов наведения обеспечивать всеракурсный перехват, одно из

важнейших мест занимает наличие зон доплеровской режекции [16]. Наличие

этих зон, обусловленных доплеровским принципом построения бортовых РЛС,

приводит к потере информации о целях или наводимых ЛА, движущихся на

ракурсах, близких к четырем четвертям (90°) к линии визирования.

Радикальных средств снижения отрицательного влияния зон режекции на

информационные возможности АК РЛДН до настоящего времени не найдено.

Наиболее приемлемым способом снижения этого недостатка является одно-

временное использование нескольких АК РЛДН в рамках единой многопози-

ционной информационно-управляющей системы.

Еще одним очень серьезным ограничением, налагаемым информационны-

ми системами на используемые методы наведения, является применение про-

тивником средств радиоэлектронного подавления, применение которых приво-

дит к потере информации, поступающей от БРЛС. Следует подчеркнуть, что

снижение влияния радиопротиводействия противника может быть достигнуто

за счет как повышения эффективности средств помехозащиты, так и за счет

специальных методов наведения с повышенной скрытностью [17], суть некото-

рых из них изложена в п.8.2.

Способы получения алгоритмов траекторного управления, удовлетворяю-

щих изложенным выше требованиям, могут быть различными. Из них наиболее

предпочтительными являются способы, одновременно наилучшие по точности

и экономичности, обеспечивающие минимум квадратичных функционалов ка-

чества, в которых учитываются и ошибки управления, и затраты энергии на его

осуществление. Эта задача решается при использовании математического ап-

парата статической теории оптимального управления (СТОУ) [33, 34]. В про-

стейшем случае аппарат СТОУ для системы

(8.1)

предназначенной для отработки процесса

(8.2)

при наличии измерений

(8.3)

позволяет сформировать сигнал управления

(8.4)

оптимальный по минимуму локального функционала качества

(8:5)

- n-мерные векторы требуемых и управляемых ко-

ординат; F и F

- динамические матрицы, учитывающие внутренние связи

процессов (8.1) и (8.2); В

- матрица эффективности r-мерного (г<п) вектора

сигналов управления и; ζ — m-мерный (m < 2п) вектор измерения; Η - модуля-

ционная матрица связи обобщенного вектора состояния и измере-

ний; Q и К - матрицы штрафов за точность функционирования и величину

сигналов управления; - векторы оптимальных оценок процессов (8.1)

и (8.2); Μ - математическое ожидание функционала (8.5) при условии, что

имеются измерения (8.3).

Следует подчеркнуть, что в зависимости от выбранных моделей (8.1)-(8.3)

и функционала качества (8.5) могут быть получены различные варианты мето-

дов наведения.

8.2. Способы повышения скрытности методов

наведения

Спецификой работы АК РЛДН является чрезвычайная насыщенность раз-

личного рода радиоизлучающими средствами, демаскирующими его работу. В

связи с этим повышение скрытности функционирования является настоятель-

ной необходимостью дальнейшего повышения его боевой эффективности и

живучести [11].

В общем случае под скрытным наведением понимают процесс вывода ле-

тательного аппарата в область применения оружия со значительно сниженной

вероятностью регистрации факта излучения его бортовой РЛС.

В приложении к АК РЛДН решение проблемы скрытного наведения

содержит несколько направлений:

1) связано с обеспечением скрытности работы информационных систем

самого АК РЛДН;

2) связано с повышением скрытности и имитостойкости передаваемых ко-

манд;

3) характеризуется повышением скрытности самого процесса наведения

летательных аппаратов.

Ниже основное внимание будет уделено первому и третьему направлени-

ям. В основе этих направлений лежит уменьшение времени работы РЛС наво-

димых самолетов и АК РЛДН на излучение.

Наиболее простым вариантом уменьшения времени работы РЛС управ-

ляемых объектов на излучение является прием, суть которого состоит в их

выводе не на рубеж захвата целей бортовыми локаторами, а непосредственно

в область применения оружия (рис. 8.1). В такой ситуации управляемый объ-

Рис. 8.1

ект становится лишь неизлучающим средством доставки ракет в область пуска.

Конечным этапом этого приема является выдача команд целеуказания ракетам

непосредственно с АК РЛДН либо после включения РЛС самолета-доставщика

на очень короткое время, достаточное лишь для формирования этих команд [17].

Предпосылками реализации этого способа являются увеличенная даль-

ность действия РЛС АК РЛДН и ее способность обращаться к цели с малым

временным интервалом за счет использования ФАР, а также большие зоны за-

хвата цели по угловым координатам современных радиолокационных головок

самонаведения [2].

Рассмотренный прием имеет еще одно достоинство: он позволяет расши-

рить поле условий применения ракет дальнего боя для вариантов, когда даль-

ность их пуска превышает дальность захвата цели бортовыми РЛС истребителя

[24]. Необходимо, однако, подчеркнуть, что для обеспечения дальнего пуска

ракет необходимо знать тип ракеты, формировать на АК РЛДН команду, по ко-

торой начинается ее подготовка к пуску, и рассчитывать условия формирова-

ния команды «пуск разрешен»:

где соответственно дальность до цели от наводимого са-

молета, максимально и минимально разрешенные дальности пуска; φ

и φ

бортовые пеленги целей в горизонтальной и вертикальной плоскостях с наво-

димого истребителя.

Дальнейшим развитием этого приема является передача на пущенную ра-

кету команд радиокоррекции (РК) непосредственно с АК РЛДН (рис. 8.1). Для

решения последней задачи необходимо согласование частотных диапазонов

работы РЛС АК РЛДН и радиолокационных головок самонаведения ракет.

Другой прием скрытного наведения основан на использовании полуактив-

ного режима, суть которого состоит в том, что АК РЛДН облучает цель, а РЛС

управляемого самолета работает в режиме приема вплоть до точки пуска раке-

ты (рис. 8.2) и по возможности с формированием команд радиокоррекции. Не-

достатком этого приема является необходимость согласования частотных диа-

пазонов РЛС АК РЛДН и РЛС наводимого самолета.

Более сложной разновидностью этого способа, позволяющей избежать со-

гласования частотных диапазонов, является использование двух АК РЛДН,

один из которых на большой дальности облучает цель, а второй, принимая от-

раженный от нее сигнал, оценивает все необходимые фазовые координаты и

формирует команды наведения для управляемого самолета, движущегося в ре-

жиме радиомолчания вплоть до пуска ракет по этой цели (рис. 8.3).

Рис. 8.2

Рис. 8.3

Достоинством полуактивного способа является возможность выполнения

скрытного всеракурсного наведения самолетов на любые типы радиоконтраст-

ных целей. Недостатки - сложности синхронизации излучающей и приемной

систем, необходимость согласования плоскостей поляризации передающей и

приемной антенн, усложнения алгоритмов обработки сигналов на приемной

стороне и уязвимость от средств функционального поражения [15].

Еще один вариант повышения скрытности ударного самолета — ис-

пользование для наведения на одну цель двух истребителей. В такой ситуации

один из них (И1, рис. 8.4) выводится по командам АК РЛДН на рубеж захват*

цели его бортовой РЛС по одному из известных алгоритмов. В это время вто-

рой истребитель (И2) выполняет полуактивное самонаведение на цель по сиг-

налам, излученным И1 и отраженным от цели. При этом сигналы радиокоррек-

ции для ракет целесообразно формировать на первом истребителе. В рамка?

такого способа второй истребитель используется лишь как средство достави

оружия в область его применения. Достоинством такого приема является воз-

можность избежать необходимости согласования частот сигналов, используе

мых в АК РЛДН и истребителях.

И2

Рис. 8.4

Наиболее скрытным вариантом является использование пассивных режи-

мов работы с применением станций радиотехнической разведки и бортовоъ

РЛС при работе по радиоизлучающим целям (рис. 8.5).

Достоинством такого режима является отсутствие демаскирующего излу-

чения БРЛС АК РЛДН, основными недостатками - ограничение класса пора-

жаемых целей радиоизлучающими объектами и возможность наведения на нш

истребителей только в заднюю полусферу на основе разновидностей методг

погони [31]. Диапазон возможных ракурсов перехвата может быть расширен з<

счет использования метода последовательных упреждений [34], при которое

параметр рассогласования в горизонтальной плоскости для управляемого JLA

формируется по правилу

(8.6;

где - бортовой пеленг и угловая скорость линии визирования цели с

наводимого самолета; К и Κ

- весовые коэффициенты.

Рис. 8.5

Для реализации всеракурсных методов наведения необходимо иметь

оценки дальности и скорости сближения. В пассивном режиме они могут быть

получены на основе угломерных данных лишь в результате достаточно дли-

тельного маневрирования носителя [23] либо в процессе совместной работы в

пассивном режиме двух АК РЛДН (рис. 8.6).

В последнем случае оценки дальности и скорости могут быть сформиро-

ваны практически мгновенно. Кроме того, выбором траекторий полета носите-

лей АК РЛДН можно минимизировать ошибки оценивания [22] местоположе-

ния цели и, соответственно, повысить точность наведения.

При использовании двухпозиционного режима работы двух АК РЛДН по-

ражение радиоизлучающей цели может быть осуществлено двумя способами.

Один из них основан на использовании обычных ракет «воздух-воздух», пора-

жающих источник радиоизлучения как обычную цель. Второй, основанный на

использовании противорадиолокационных ракет, потребует некоторой модер-

низации ракет этого типа, обеспечивающей упреждающий перехват движу-

щихся объектов.

Более простой разновидностью двухпозиционного варианта перехвата

излучающих подвижных целей является использование совместной работы на

прием излучения АК РЛДН и истребителя с дальнейшим выводом его в точку

пуска ракеты (рис. 8.5). Примеры алгоритмов траекторного управления в рам-

ках двухпозиционной системы наведения на подвижные источники радиоизлу-

чения рассмотрены в п. 8.4.

Рис. 8.6

При наведении большого числа самолетов практически невозможно реа-

лизовать малые времена обращения к лоцируемым объектам даже при наличии

ФАР. В связи с этим весьма перспективно использование режимов комбиниро-

ванного информационного обеспечения процессов наведения (комбинированно-

го управления) совместно РЛС АК РЛДН и РЛС наводимого самолета.

В этом режиме с борта АК РЛДН функциональные команды поступают

на наводимый самолет с большими интервалами времени, превышающими

время существования сложных гипотез движения целей. Для снижения этого

недостатка в промежутках между поступлениями команд от АК РЛДН крат-

ковременно включают на излучение РЛС наводимого самолета, формируя на

нем те же требуемые значения параметров полета. Такой подход позволяет в

значительной мере снизить ошибки наведения при достаточно высокой его

скрытности.

В заключение необходимо отметить, что использование рассмотренных

приемов наведения с повышенной скрытностью требует более совершенных

алгоритмов траекторного управления и более тесных информационных связей

АК РЛДН и наводимых летательных аппаратов. При этом все рассмотренные

способы могут быть использованы и для наведения на наземные объекты.

8.3. Методы наведения на наземные объекты

Методы наведения ЛА на наземные цели с использованием АК РЛДН

должны в общем случае обеспечивать вывод объекта управления на заданное

расстояние под заданным углом и с требуемой угловой скоростью линии визи-

рования, значения которых зависят от вида применяемых средств поражения

(СП) в условиях реальных ограничений на перегрузки и угловые скорости. Не-

обходимо отметить, что наибольший набор способов наведения реализуется

при использовании бортовой радиолокационной станции землеобзора [1] в ка-

честве основного датчика информации.

Процесс наведения ОУ на наземные в общем случае движущиеся цели при

использовании АК РЛДН осуществляется при выполнении следующих условий:

на борту АК РЛДН необходимо иметь информацию о значениях абсолют-

ных и относительных координат ОУ и наземной цели;

наведение ЛА в горизонтальной плоскости осуществляется по курсу ψ пу-

тем передачи требуемого значения ψ

с АК РЛДН на ОУ и отработки пилотом

или системой автоматического управления параметра рассогласования

Δψ = ψ-ψ

;

БРЛС ОУ функционирует в пассивном режиме, а при необходимости мо-

жет периодически кратковременно работать в активном режиме, реализуя ком-

бинированное управление;

информация о требуемом значении курса поступает с интервалами Т, обу-

словленными функционированием БРЛС АК РЛДН в режиме сканирования

всего воздушного пространства и взаимодействия с другими ОУ.

Используемый алгоритм траекторного управления ОУ должен быть пол-

ностью совместим с методами самонаведения ОУ во избежание ошибок фор-

мирования параметра рассогласования, которые могут возникнуть при перехо-

де на самонаведение и тем самым влиять на его точность.

Необходимо отметить, что использование АК РЛДН позволяет реализо-

вать методы наведения ОУ на наземные цели с повышенной скрытностью, осо-

бенности которых рассмотрены в п. 8.2.

В то же время, наличие достаточно большого интервала поступления ин-

формации от АК РЛДН на ОУ приводит к появлению ошибок наведения, что

предопределяет необходимость повышения точности наведения за счет исполь-

зования собственных информационных датчиков наводимого ЛА для коррек-

ции траектории движения при наведении на наземную цель.

При использовании БРЛС АК РЛДН в качестве основного датчика инфор-

мации для реализации методов наведения ОУ на наземные цели могут приме-

няться режим обычного луча, в котором обеспечивается наихудшая деталь-

ность изображения; режим доплеровского обужения луча (ДОЛ), в котором

обеспечивается лучшая детальность изображения, и режим фокусированного

синтезирования апертуры (ФСА) антенны, в котором обеспечивается наивыс

шая детальность изображения с линейным разрешением до единиц метров.

Вследствие этого на практике приходится применять различный набор ме

тодов наведения, отличающихся друг от друга различными траекториями поле

та и использованием различного набора датчиков. Необходимо отметить, чт

при переходе от одного метода наведения к другому возникают переходны

процессы, особенно нежелательные перед применением оружия.

В связи с этим возникает необходимость разработки универсального ме

тода наведения, одинаково пригодного при использовании на борту ОУ раз

личных режимов БРЛС.

8.3.1. Оптимизация метода командного наведения

летательных аппаратов на наземные цели

Анализ базовых методов наведения летательных аппаратов различных ти

пов в приложении к решению задач наведения на наземные цели позволяв

прийти к следующим заключениям.

Применение для наведения самолетов и ракет «в-п» большой дальносп

метода пропорционального наведения, основанного на учете угловой скоросп

линии визирования (ЛВ), не оправдывает себя из-за плохой управляемости н;

начальных участках траектории, особенно при боковом ветре, и наличия на

чальных ошибок наведения.

Прямой метод наведения, использующий угловые ошибки управления

также нецелесообразен из-за низкой точности наведения на конечном участк

вследствие влияния ветра, что особенно проявляется при наведении на под

вижные надводные и наземные цели. В связи с этим желательно использоват

алгоритм траекторного управления, в котором учитываются как ошибки на

ведения по углу, так и угловая скорость ЛВ. Такой закон будет одинаково эф

фективным как на больших, так и на малых расстояниях до цели.

Для решения этой задачи применяют математический аппарат статистиче

ской теории оптимального управления, один из наиболее простых варианте]

которого приведен в п. 8.1 [32].

Полагая каналы управления независимыми, задачу определения алгорит

ма наведения ЛА в горизонтальной плоскости, совместно наилучшего по точ

ности и по экономичности, можно сформулировать следующим образом.

Для объекта управления, угловое положение которого относительно на

земной цели, движущейся с постоянной скоростью, определяется системо]

уравнений [29]

(8.7