Модели движения высокоскоростных баллистических объектов в зоне обзора радиолокационной станции

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Модели движения высокоскоростных баллистических объектов в зоне обзора радиолокационной станции

Аннотация

В статье описываются модели радиолокационных устройств, предназначенных для обнаружения и сопровождения высокоскоростных баллистических объектов. Решение этой задачи реализуется на основе применения адаптивных алгоритмов для обнаружения и сопровождения летательных объектов параллельно с классическим поиском и сопровождением объектов в контролируемом воздушном пространстве.

Ключевые слова: классификация, баллистический объект, обнаружение, сопровождение.

Несмотря на непрерывное технологическое развитие, складывающаяся военно-политическая обстановка, в том числе результаты проводимой Российской Федерацией специальной военной операции свидетельствуют о том, что роль артиллерийских систем на современном поле боя возрастает. Если рассмотреть это применительно к конфликтам, имевшим место в последние годы, то легко заметить, что большая часть действий пехотных подразделений проходит под прикрытием огня легкой или более тяжелой артиллерии. Оба случая, направленные на уничтожение обнаруженного противника и защиту своих позиций, по-прежнему требуют использования достаточной огневой мощи, чтобы быстро и эффективно вывести противника из строя. Ключом к эффективному использованию артиллерии является быстрое и точное определение координат расположения целей и проверка точности и результативности проводимой стрельбы

В этой области современные технологии предлагают следующие два наиболее популярных решения: беспилотные летательные аппараты (БПЛА), оснащенные оптико-электронными датчиками наблюдения, и специализированные радиолокационные станции (РЛС), предназначенные для обнаружения, сопровождения и расчета параметров траектории высокоскоростных баллистических объектов. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. В этой статье рассматриваются только РЛС и методы обнаружения высокоскоростных баллистических объектов с использованием радиолокационных датчиков и примеры существующих технологических решений.

Проблема обнаружения и сопровождения высокоскоростных баллистических объектов была серьезной проблемой для радиолокации. Поскольку эти объекты развивают высокие скорости и перемещаются на относительно небольших высотах над горизонтом, устройство, обеспечивающее их эффективное обнаружение и сопровождение, должно быстро сканировать горизонт (несколько раз в секунду), чтобы немедленно обнаружить летящий объект и отследить траекторию его полета, т.е. наблюдать пространство в широком диапазоне высот и углов [1].

Эти возможности появились вместе с разработкой антенн с электронно-управляемым узким лучом. Такие антенны обеспечивают очень быстрое перемещение луча как в азимутальной, так и в угломестной плоскости. При этом выполняется поиск по всему сектору наблюдения со временем обновления информации менее 1 секунды. Алгоритмы поиска баллистических объектов обычно оптимизированы для поиска в узком секторе возвышения прямо над горизонтом. Это позволяет оптимально использовать временные ограничения РЛС. Применение этого метода возможно потому, что после обнаружения эхо-сигнала РЛС автоматически переключается в режим обнаружения с использованием дополнительных источников излучения сигнала с узким лучом, который получает информацию о траектории полета высокоскоростного баллистического объекта, оптимизированную с точки зрения баллистических расчетов. На основе последующего обнаружения объекта баллистический вычислитель определяет соответствующую баллистическую модель для расчета полной траектории его полета. Рассчитанная траектория затем применяется к цифровой модели местности, которая определяет координаты исходных точек и точек столкновения. Антенны с электронно-управляемым лучом изготавливаются с использованием различных технологий, начиная с пассивных антенн с фазо-частотным регулированием и заканчивая активными антеннами, выполненными в виде массива передающих и приемных модулей с полным цифровым управлением характеристиками передачи и приема. Единственным недостатком как старых, так и современных антенн обоих типов является то, что электронное управление характеристиками реализуется только в ограниченном секторе азимута и углов возвышения. Ограничение азимутального сектора, обычно составляющее приблизительно ±45° по отношению к нормальной апертуре антенны, вызывает особые проблемы [2]. Таким образом, антенна этого типа обычно механически поворачивается в азимутальной плоскости, и эксплуатационное использование такой РЛС требует более раннего определения сектора ответственности. Координаты исходных точек и точек столкновения, обозначенные РЛС, обычно передаются в автоматизированную систему командования и управления.

Ширина азимутального сектора, в котором проводится сканирование электронным лучом, составляет 90°. Установка антенны РЛС в выбранном направлении осуществляется путем ее механического вращения. Радиолокационные обнаружения анализируются передовым программным обеспечением, которое определяет координаты исходных точек и точек столкновения с учетом цифровой модели местности и вычисляет команды для взаимодействующих воинских подразделений. Для выполнения вышеупомянутых функций РЛС должна точно определять свое положение на местности. Это делается с использованием усовершенствованной навигационной системы, состоящей из инерциального модуля и приемника навигационных сигналов.

Разработка и производство РЛС, способных обнаруживать и сопровождать небольшие высокоскоростные баллистические объекты и вычислять параметры их баллистической траектории, требует разработки специальных методов исследования для объективной оценки их технических параметров. Как правило, такие РЛС требуют проведения фактических наблюдений за обстрелами из многих типов пусковых установок. Планирование таких тестов требует одновременного учета множества различных факторов, включая следующие:

- ожидаемые значения тестируемого параметра РЛС;

- огневые возможности данной пусковой установки;

- доступная зона испытаний;

- зоны безопасности;

- возможность определения правильного места работы РЛС относительно положения пусковой установки и целей для стрельбы [3].

В случае проведения испытаний для проверки зоны обнаружения небольших высокоскоростных баллистических объектов чаще всего используется минометный обстрел. Это средство пусковой установки стреляет по баллистическим объектам как с малых, так и с больших высот, на широком диапазоне расстояний и не требует слишком большой зоны безопасности. Наиболее сложным элементом при подготовке испытаний для условий конкретной испытательной зоны чаще всего является поиск подходящего места эксплуатации для тестируемой РЛС. Обычно район ведения огня означает, что расположение пусковых установок и поле обстрела на испытательном участке определяются принятыми зонами безопасности, в то время как местность за пределами тактических полос покрыта лесом. По этой причине расположение оборудования в полевых условиях может лишь приблизительно соответствовать теоретическим предположениям. Перед обнаружением небольших высокоскоростных баллистических объектов каждая РЛС проходит тестирование с использованием беспилотных или классических летательных аппаратов, оснащенных ГЛОНАСС-приемниками, которые регистрируют траекторию их полета. Сравнение радиолокационных обнаружений с зарегистрированной траекторией полета определяет точность оценки координат обнаруженного объекта (азимут, расстояние, угол возвышения и высота полета). Последовательность тестирования анализирует обнаружение малоразмерных высокоскоростных баллистических объектов с учетом ранее обозначенных ошибок оценки.

В случае проверки минимального расстояния и минимальной высоты обнаружения и сопровождения небольших высокоскоростных баллистических объектов позиция миномета должна находиться в мертвой зоне РЛС. Баллистические объекты должны быть запущены в зону действия РЛС под небольшим углом, чтобы РЛС могла непрерывно наблюдать за ними на протяжении всей траектории полета. Такое испытание требует проведения нескольких десятков стрельб, чтобы статистическим образом оценить минимальную дистанцию обнаружения баллистических объектов и их высоту. На рисунке 1 представлен порядок проведения эксперимента.

Рис. 1. Модель взаимного расположения РЛС и баллистического объекта

На рисунке 2 представлен набор данных, полученных во время проверки минимальной дистанции обнаружения баллистического объекта. На графике представлены расстояния обнаружения объектов после последующих стрельб. Затем из всего наблюдения были выбраны минимальные значения расстояния, и этот набор данных был использован для оценки среднего значения и стандартного отклонения, а также нижнего и верхнего пределов доверительного интервала. Рассчитанные параметры позволили объективно оценить фактическое значение минимальной дальности обнаружения испытуемой РЛС.

Рис. 2. Результаты проверки минимальной дистанции обнаружения баллистического объекта

На рисунке 3 представлен набор данных, записанных во время проверки минимальной высоты обнаружения баллистического объекта. На графике представлены обнаружения в координатах расстояния и высоты. РЛС должна иметь возможность наблюдать всю траекторию полета баллистической ракеты без каких-либо препятствий на местности. Для оценки параметра минимальной высоты обнаружения использовались данные об обнаружении восходящих и нисходящих летающих объектов. Из полного набора обнаружений были выбраны обнаружения с минимальными значениями высоты. Такой набор данных использовался для проведения статистических расчетов аналогично параметру минимального расстояния обнаружения.

Рис. 3. Данные проверки минимальной высоты обнаружения баллистического объекта

Схема стрельб, проведенных с целью данного испытания, представлена на рисунке 4. Для получения правильных результатов наблюдения за стрельбами необходимо тщательно выбрать расстояние между РЛС и огневой позицией миномета с учетом ожидаемого максимального угла обнаружения РЛС по высоте и расстоянию, а также максимальной высоты полета выпущенных баллистических объектов.

радиолокационный поиск сопровождение баллистический летательный

Рис. 4. Модель баллистического объекта при максимальном угле возвышения

На рисунке 5 представлены результаты стрельб, проведенных с целью проверки максимального угла возвышения. Затем из всего наблюдения были выбраны обнаружения с максимальными значениями угла возвышения, и были проведены статистические расчеты со ссылкой на полученный набор данных путем определения оценки искомого параметра.

Рис. 5. Результаты проверки максимального угла возвышения объекта

Исследования и испытания современных РЛС - сложные процессы, как в техническом, так и в организационном плане. Одним из доминирующих направлений в области радиолокации является разработка многофункциональных РЛС. Такие РЛС могут обнаруживать и идентифицировать самолеты, вертолеты, беспилотные летающие объекты и небольшие высокоскоростные баллистические объекты. Представленные методы позволили точно и объективно проверить параметры РЛС с функцией обнаружения малых высокоскоростных баллистических объектов.

Литература

1. Мищенко Ю.А. Радиолокационные цели. М.: Воениздат, 1966. - 140 с.

2. Давыдов В.С., Лукошкин А.П., Шаталов А.А., Ястребков А.Б. Радиолокация сложных целей (разрешение и распознавание). - СПб.: «Янис», 1993. - 280 с.

3. Maini A.K. Handbook of Defence Electronics and Optronics: Fundamentals, Technologies and Systems. John Wiley & Sons Ltd.; Hoboken, NJ, USA: 2018.

Размещено на Allbest.Ru