Технология синтеза контейнерных средств радиоэлектронного подавления групповой защиты корабельного вертолета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология синтеза контейнерных средств радиоэлектронного подавления групповой защиты корабельного вертолета

С.А. Мочалов, Д.Н. Швыряев

НИЦ (г. Санкт-Петербург) ЦНИИ ВВС (Минобороны России), г. Санкт-Петербург, Россия

ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина, г. Воронеж, Россия

Аннотация

Статья посвящена рассмотрению основных положений технологии синтеза контейнерных средств радиоэлектронного подавления групповой защиты корабельных вертолетов, основанной на системном подходе с использованием положений общей теории иерархических многоуровневых систем и методов исследования операций. Приводится структурная схема синтеза, графы состояний процессов прикрытия надводных кораблей и авиационных комплексов.

Ключевые слова: корабельный вертолет, радиоэлектронное подавление, контейнерные средства, радиоэлектронное средство.

контейнерный радиоэлектронный вертолет защита

TECHNOLOGY OF SYNTHESIS OF CONTAINER MEANS electronic suppression of group protection OF SHIP-based HELICOPTER

S.A.Mochalov, D.N. Shvyryayev

Central Research Institute of Air Force (Ministry of Defense of Russia), St. Petersburg

Military Training and Research Center of the Air Force, Voronez

Abstract. The article is devoted to consideration of the main provisions of the technology of synthesis of container means of radio-electronic suppression of group protection of ship-based helicopters, based on a systems approach using the provisions of the general theory of hierarchical multi-level systems and methods of operations research. A block diagram of the synthesis, state graphs of the processes of covering surface ships and aircraft complexes are given.

Keywords: ship-based helicopter, radio electronic suppression, container means, radio electronic means.

Применение средств радиоэлектронного подавления (РЭП) является важнейшим условием эффективного решения задач ВМФ на море. Вместе с тем дальность действия корабельных средств РЭП ограничена дальностью радиогоризонта, в связи с чем они не могут осуществлять подавление радиоэлектронных средств (РЭС), находящихся вне его пределов. Выходом из этой ситуации является «подъем» аппаратуры создания помех на заданную высоту, например, с использованием авиационных комплексов (АК). Применение АК радиоэлектронной борьбы (РЭБ), кроме того, позволяет приблизиться к объекту подавления и тем самым снизить значение требуемого энергетического потенциала.

Корабельный вертолет потенциально может рассматриваться в качестве носителя средств РЭП групповой защиты, в том числе, контейнерного исполнения. Контейнерные средства радиоэлектронного подавления (КС РЭП) при этом должны обладать необходимыми характеристиками, позволяющими обеспечивать подавление РЭС - объектов РЭП с требуемой эффективностью. Необходимо заметить, что обоснование характеристик КС РЭП относится к категории задач синтеза. Ниже изложены основные положения технологии, позволяющей решить подобную задачу.

Особенности исследовательской задачи

Сложность решения задач синтеза обусловлена, во-первых, их многомерностью, во-вторых, необходимостью оптимизации системы одновременно с оптимизацией надсистемы при условии обеспечения координации принимаемых решений. При этом должны быть учтены как требования, так и ограничения: массогабаритные, энергетические, стоимостные.

Основы технологии обоснования системы комплексов РЭП рассматривались в статье [1]. В ней применительно к каждому из вариантов носителей использовались зависимости, связывающие массогабаритные ограничения, обусловленные размещением аппаратуры на соответствующем носителе, с достижимым в каждом из частотных диапазонов энергопотенциалом. Значимость (важность) частотных диапазонов в каждой решаемой АК РЭБ задаче оценивалась экспертным путем. Исследование позволяло сделать вывод о возможности применения рассматриваемого АК в качестве носителя аппаратуры РЭП одного, в том числе наиболее важного в конкретной задаче, частотного диапазона с требуемым энергопотенциалом. В частности, полученные результаты касались и вертолета РЭБ. При этом надо заметить, что предложенная технология и полученные оценки справедливы при наличии полного комплекта сменных контейнеров требуемых частотных диапазонов для подавления РЭС каждого назначения (например, радиолокации, линий радиосвязи и передачи данных (ЛРС и ПД), навигационных приемников и т.д.).

В то же время вертолет может быть оснащен контейнерами разных частотных диапазонов. Аппаратуру разных частотных диапазонов, но с ограниченными энергетическими или пространственными характеристиками может содержать и каждый из контейнеров РЭП. Кроме того, существует теоретическая и практическая возможность интеграции аппаратуры создания помех РЭС различного назначения, работающих в одном частотном диапазоне. Размещение такой интегрированной аппаратуры позволит сократить номенклатуру контейнеров, но имеет свои особенности.

Таким образом, обоснование тактико-технических характеристик (ТТХ) и конструктивно-технических параметров (КТП) КС РЭП с учетом возможностей размещения в контейнерах аппаратуры различных частотных диапазонов и назначений, а также с учетом интеграции и представляет собой новую актуальную задачу.

В рамках решения этой задачи представляется крайне важной точная оценка значимости частотных диапазонов. Это обусловлено ожидаемыми тяжелыми последствиями (до срыва решения задачи) при ошибке выбора подвешиваемого на вертолет контейнера.. Причем, если применительно к АК большой размерности, оснащаемым многодиапазонными средствами РЭП, ошибки в оценке значимости частотных диапазонов поправимы, то применительно к корабельным вертолетам, с крайне жесткими массогабаритными ограничениями они особенно критичны.

Основные положения предлагаемой технологии

Для решения новой задачи, аналогично с [1], предлагается использовать технологию, разработанную в [2] применительно к многофункциональной интегрированной радиоэлектронной системе и нашедшую свое развитие в [3] применительно к РЛС.

Технология основана на системном подходе с использованием положений общей теории иерархических многоуровневых систем [4] и методов исследования операций [5]. Важнейшим ее положением является декомпозиция оптимизируемой системы, которая в ряде случаев и позволяет перейти от параллельного (одновременного) к комбинированному итерационному последовательно-параллельному более просто реализуемому варианту синтеза.

Второе положение касается применения вероятностных показателей эффективности вариантов КС РЭП. Такие показатели имеют ясный физический смысл, относительно просто рассчитываются, однозначно связаны с тактическими характеристиками КС РЭП, обеспечивают координацию принимаемых на различных уровнях описания системы решений.

Третьим положением, позволяющим обеспечить реализуемость процесса синтеза, является ограничение количества варьируемых переменных конструктивно-техническими параметрами и, соответственно, сокращение количества генерируемых и оцениваемых альтернатив. Тактические и технические характеристики при этом представляются как производные от КТП.

Четвертое положение связано с необходимым для процедуры синтеза обеспечением оперативности расчетов за счет применения методов аналитического моделирования, различного рода обоснованных аппроксимаций, упрощений и допущений.

Рассмотрим перечисленные положения применительно к новой исследовательской задаче. Итак, декомпозиция оптимизируемой системы заключается в выделении КС РЭП как отдельной системы вертолета, что позволяет их исследовать независимо от других систем. В свою очередь, КС РЭП представляются состоящими из элементов: подсистемы активных помех (ПАП), информационно-управляющей подсистемы (ИУП), оболочки контейнера (ОК), пульта управления (ПУ), которые также могут исследоваться независимо друг от друга.

Вероятность решения стоящей задачи предлагается заменить вероятностью выполнения совокупности требований. Требования же могут и должны быть получены ранее на более точных имитационных моделях. Для КС РЭП и их подсистем требования задаются в виде значений дальностей разведки и подавления РЭС - объектов РЭП. Для снижения многомерности требования целесообразно задавать применительно к ограниченному числу объектов. Для этого предлагается объединить РЭС в группы с выделением типовых представителей.

Однозначную связь между конструктивно-техническими параметрами, тактическими и техническими характеристиками предлагается учитывать следующим образом. Для размещения на вертолете генерируются варианты КТП КС РЭП. Это - варианты массогабаритных характеристик (отличаются размером, массой), варианты оснащения контейнерами (одинаковые контейнеры по левому и правому бортам или разные), варианты интеграции (автономная аппаратура или интегрированная система подавления РЛС, ЛРС и ПД), варианты широкополосности (один или несколько частотных диапазонов в одном контейнере) с соответствующими устройствами, обеспечивающими заданную полосу частот, варианты построения антенн (многолучевая антенная решетка (МЛАР), активная фазированная антенная решетка и т.д.), варианты размещения антенн (с раскрывом по строительной оси вертолета, с раскрывом, перпендикулярным строительной оси вертолета). Для каждого варианта оцениваются технические (мощность излучения, коэффициент усиления антенны и т.д.), затем тактические характеристики (дальность разведки, дальность подавления) и вероятность выполнения требований по подавлению РЭС. Аналитические выражения, связывающие тактические с техническими характеристиками, входящие в состав методик оценки эффективности КС РЭП и его подсистем, в большинстве своем известны из литературы [6, 7 и др.]. Выражения, связывающие технические характеристики с КТП, входящие в состав моделей учета массогабаритных характеристик, могут быть получены на основе анализа существующей и разрабатываемой аппаратуры. Тактико-технические характеристики варианта, характеризующегося максимальным значением вероятности выполнения стоящих требований в условиях наложенных ограничений, и представляют собой искомые значения тактико-технических требований к КС РЭП.

Что касается аналитического моделирования, рассмотрим в качестве примера решение вертолетом РЭБ двух задач: прикрытие надводного корабля (НК) и прикрытие ударного авиационного комплекса. Для первой задачи в качестве показателя эффективности КС РЭП удобно принять вероятность непоражения корабля, для второй задачи - вероятность непоражения АК. Для получения аналитических выражений, позволяющих рассчитать данные показатели, примем допущение, что случайные процессы обеспечения защиты НК и обеспечение защиты ударного АК являются марковскими с дискретными состояниями и дискретным временем. Конечными интересующими нас состояниями будут состояния поражения и непоражения прикрываемых объектов. На рисунке 1 приведены графы состояний процессов обеспечения прикрытия НК и АК.

На рисунке обозначены следующие состояния:

- «НК (АК) не поражен» - НК (АК) не поражен;

- «ДРЛОУ обнар.» и «ДРЛОУ не обнар.» - РЛС самолета ДРЛОУ обнаружила цель (НК или АК);

- «ДРЛОУ навед.» и «ДРЛОУ не навед.» - самолет ДРЛОУ навел и не навел самолет палубной авиации (ПА) на НК (АК);

Рис. 1. Графы состояний процессов прикрытия НК (а) и АК (б)

- «ПА обнар.» и «ПА не обнар.» - РЛС самолета ПА обнаружила и не обнаружила цель (НК или АК);

- «ГСН захв.» и «ГСН не захв.» - головка самонаведения противокорабельной ракеты (ПКР) (управляемой ракеты - УР «В-В») захватила и не захватила цель (НК или АК);

- «НК (АК) поражен» - НК (АК) поражен.

На рисунке введены следующие обозначения вероятностей переходов:

Ро ДРЛОУ - вероятность обнаружения НК (АК) РЛС самолета ДРЛОУ;

Рнав ДРЛОУ - вероятность наведения самолета ПА на НК (АК);

Ро ПА - вероятность обнаружения НК (АК) РЛС самолета ПА;

Рз ГСН - вероятность захвата ГСН ПКР НК (ГСН УР «В-В» АК);

Рпор ПКР, Рпор «В-В» - вероятность поражения ПКР НК (УР «В-В» АК).

С учетом принятых обозначений для вероятности поражения НК и АК получим:

.

В приведенном выражении - вероятность обнаружения НК (АК) самолетом ПА без наведения его на объект с самолета ДРЛОУ.

Вероятности непоражения, объектов (НК. АК) дополняют соответствующие вероятности (поражения обнаружения, наведения) до единицы.

Воздействие КС РЭП на РЛС самолета ДРЛОУ, на РЛС самолетов ПА, на ЛРС и ПД самолета ДРЛОУ (через которые обеспечивается передача команд наведения на самолеты ПА), на ГСН УР и ПКР учитывается снижением вероятностей переходов Ро ДРЛОУ, Ро ПА, Рнав ДРЛОУ, Рз ГСН. Выражения для расчета перечисленных вероятностей с учетом помехового воздействия (о связи технических с тактическими характеристиками КС РЭП говорилось ранее), а также вероятности , как правило, известны, но требуют уточнения и адаптации к новой исследовательской задаче. Они будут получены на следующем этапе исследования.

Структурная схема синтеза КС РЭП

Как отмечалось ранее, оптимизация ТТХ и КТП КС РЭП представляет собой итерационный процесс. При этом выбор наиболее эффективных из альтернативных подсистем КС РЭП выполняется на третьей последней итерации синтеза. До третьей должны быть проведены первая и вторая итерации.

На первой итерации предварительно должны быть определены массогабаритные и энергетические характеристики контейнеров на основе оптимизации распределения массогабаритного и энергетического ресурсов между КС РЭП, топливом и остальными системами вертолета. При заданных требованиях к летно-техническим характеристикам (ЛТХ) вертолета и заданных массогабаритных и энергетических характеристиках остальных систем задача может решаться упрощенно на основе оценки влияния характеристик КС РЭП на возможность выполнения требований к ЛТХ вертолета.. Таким образом, на первой итерации принимаются решения по выбору габаритов, массы и энергопотребления КС РЭП, то есть решается задача на уровне бортовой системы РЭП Одновременно с распределением массогабаритного и энергетического ресурсов должны учитываться ресурсы финансирования. Варианты с превышающей предельные значения стоимостью из рассмотрения должны быть исключены.

На второй итерации на основе распределения массогабаритного, энергетического и стоимостного ресурсов между ПАП, ИУП, ОК и ПУ должны быть определены массогабаритные, энергетические и финансовые ограничения, накладываемые на эти подсистемы, то есть решается задача на уровне подсистем КС РЭП и уточняются решения принятые на уровне бортовой системы РЭП.

На третьей итерации принимаются решения по выбору антенн, передатчиков, приемников, то есть решается задача на уровне конструктивных единиц бортовой системы РЭП и уточняются решения, принятые на уровне бортовой системы РЭП и ее подсистем.

Технологическая схема синтеза КС РЭП приведена на рисунке 2.

Стрелками на схеме показаны информационные связи между блоками принятия решений (БПР) и блоками исходных данных (БИД). На управляющие входы Iy блоков с вышестоящих уровней подаются требования по эффективности, ограничения по ресурсу. На информационные входы Iu с нижестоящих уровней - значения достижимой эффективности и затраты для достижения данного уровня эффективности. В БПР на основе входной информации генерируются альтернативные варианты аппаратуры, производится их анализ и выбираются из альтернатив предпочтительные. Результаты решений подаются по информационным выходам Ju на вышележащие, по управляющим выходам Jy на нижележащие уровни.

Рис. 2. Структурная схема синтеза КС РЭП

Заключение

Таким образом, в статье предлагается технология синтеза КС РЭП групповой защиты корабельных вертолетов, которая позволяет обосновать требуемые тактико-технические характеристики и конструктивно-технические параметры контейнеров с учетом их реализуемости при размещении на корабельных вертолетах. Учет реализуемости требований позволит уточнять назначение и задачи вертолетов РЭБ, определять состав подвешиваемых на них контейнеров для решения поставленных задач. В дальнейшем требуется развитие методического аппарата оценки вероятностных показателей эффективности подсистем КС РЭП и получение количественных результатов, свидетельствующих о работоспособности предлагаемой технологии.

Литература

1. Мочалов С.А. Технология автоматизированного синтеза комплексов РЭП групповой защиты летательных аппаратов ВМФ. РЛНС 2018.

2. Мочалов С.А. Автоматизированный синтез многофункциональной интегрированной радиоэлектронной системы. Методология исследования авиационных комплексов ВМФ. М.: Радиотехника, 2014. -- 237 с.

3. Мочалов С.А. Основы методологии синтеза бортовой радиолокационной системы авиационного комплекса // Успехи современной радиоэлектроники, 2016, No 1. -- C.18-26.

4. Месарович М.Д. и др. Теория иерархических многоуровневых систем: пер. с англ. И.Ф.Шахнова. М.: Мир, 1973. -- 344 с.

5. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Сов. радио, 1972. -- 551 с.

6. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968. -- 444 с.

7. Klipper. K. Sensitivity of crystal videoreceivers with RF-amplification // Microwave journal. 1965, Volume № 8, Auqust. -- C.85-92.

References

1. Mochalov S.A. The technology of automated synthesis of REB group protection systems for Navy aircraft. RLNS 2018.

2. Mochalov S.A. Automated synthesis of a multifunctional integrated electronic system. Research methodology for naval aviation complexes. M .: Radio Engineering, 2014. - 237 p.

3. Mochalov S.A. Basics of the synthesis methodology of the onboard radar system of the aviation complex // Successes of modern radio electronics, 2016, No 1. - P.18-26.

4. Mesarovich MD et al. Theory of hierarchical multilevel systems: per. from English I.F.Shakhnova. M .: Mir, 1973. - 344 p.

5. Wentzel E.S. Operations research. M .: Owls. Radio, 1972. - 551 p.

6. Vakin S.A., Shustov L.N. Fundamentals of radio countermeasures and electronic intelligence. M .: Owls. Radio, 1968. - 444 p.

7. Klipper. K. Sensitivity of the crystal videoreceivers with RF-amplification // Microwave journal. 1965, Volume No. 8, Auqust. - p.85-92.

Размещено на Allbest.ru