Сопровождение маневрирующих целей. Автоматическое сопровождение целей

Радиолокатор обнаружения (РЛО) кругового обзора предназначен для решения задач поиска, обнаружения и сопровождения воздушных целей, определения их государственной принадлежности. В РЛО реализованы различные процедуры обзора, существенно повышающие помехоустойчивость, вероятность обнаружения малозаметных и высокоскоростных целей, качество сопровождения маневрирующих целей. Разработчик РЛО - НИИ приборостроения.

Пункт боевого управления (ПБУ) ЗРС в составе группировки осуществляет по координатной информации РЛО завязку и сопровождение трасс обнаруживаемых целей, вскрытие замысла удара воздушного противника, распределение целей между ЗРС в составе группировки, выдачу целеуказаний ЗРС, взаимодействие между ЗРС, ведущими боевые действия, а также взаимодействие с другими силами и средствами ПВО. Высокая степень автоматизации процессов позволяет боевому расчету сосредоточиться на решении оперативных и оперативно-тактических задач, наиболее полно используя преимущества человеко-машинных систем. ПБУ обеспечивает боевую работу от вышестоящих командных пунктов и во взаимодействии с ПБУ средств управления соседних группировок.

Основные компоненты ЗРС С-ЗООПМУ, С-ЗООПМУ1:

Многофункциональный радиолокатор подсвета целей и наведения ракет (РПН) осуществляет прием и отработку целеуказаний от средств управления 83М6Е и придаваемых автономных источников информации, обнаружение, в т.ч. в автономном режиме, захват и автосопровождение целей, определение их государственной принадлежности, захват, сопровождение и наведение ракет, подсвет обстреливаемых целей для обеспечения работы полуактивных головок самонаведения наводимых ракет.

РПН выполняет также функции командного пункта ЗРС: - по информации от ПБУ 83М6Е управляет средствами ЗРС; - осуществляет отбор целей для первоочередного обстрела; - решает задачу пуска и определяет результаты стрельбы; - обеспечивает информационное взаимодействие с ПБУ средств управления 83М6Е.

кругового обзора повышает поисковые возможности ЗРС при самостоятельном ведении боевых действий, а также обеспечивает обнаружение и сопровождение целей в секторах, по каким-либо причинам недоступных РЛО и РПН. В качестве автономного придаваемого средства могут использоваться РЛС 36Д6 и низковысотный обнаружитель 5Н66М.

Придаваемое автономное средство обнаружения и целеуказания

Пусковые установки ПУ (до 12) предназначены для хранения, транспортирования, предстартовой подготовки и пуска ракет. ПУ размещаются на самоходном шасси или автопоезде. На каждой ПУ - до 4 ракет в транспортно-пусковых контейнерах. Обеспечивается длительное (до 10 лет) хранение ракет без каких-либо мер технического обслуживания со вскрытием контейнеров. Разработчики ПУ - КБ специального машиностроения, КБ Нижегородского МЗ.

Пусковые установки

Ракеты - одноступенчатые, твердотоплив-ные, с вертикальным стартом, оснащены бортовым полуактивным радиопеленгатором. Головной разработчик ракеты - МКБ "Факел".

Средства управления 83М6Е обеспечивают: - обнаружение самолетов, крылатых ракет во всем диапазоне их практического применения и баллистических ракет с дальностью пуска до 1000 км; - трассовое сопровождение до 100 целей; - управление до 6 ЗРС; - максимальную дальность обнаружения - 300 км.

ЗРС С-ЗООПМУ1 является глубокой модернизацией С-ЗООПМУ и фактически переходным звеном к системам третьего поколения.

С-ЗООПМУ1 обеспечивает: - поражение целей на дальностях от 5 до 150 км, в диапазоне высот от 0,01 до 27 км, скорости поражаемых целей до 2800 м/сек; - поражение нестратегических баллистических ракет с дальностью пуска до 1000 км на дальностях до 40 км при получении целеуказания от средств управления 83М6Е; - одновременный обстрел до 6 целей с наведением до 2 ракет на каждую цель; в базовый тип ракет - 48Н6Е; - темп стрельбы 3-5 сек.

При необходимости ЗРС С-ЗООПМУ1 может быть доработана для использования ракет 5В55 системы С-ЗООПМУ.

Родоначальник семейства С-ЗООП - ЗРС С-ЗООПМУ обеспечивает: -> поражение целей на дальностях от 5 до 90 км, в диапазоне высот от 0,025 до 27 км, скорости поражаемых целей до 1150 м/сек; - поражение баллистических целей с дальностью пуска до 300 км на дальностях до 35 км при целеуказании от средств управления; - одновременный обстрел до 6 целей с наведением до 2 ракет на каждую цель; - базовый тип ракет 5В55; - темп стрельбы 3-5 сек.

АЛТЭК-300

Учебно-тренировочный комплекс

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Учебно-тренировочный комплекс "АЛТЕК-300" входит в состав дополнительных средств зенитных ракетных систем С-300ПМУ1, С-300ПМУ2 и средств управления 83М6Е, 83М6Е2 и предназначается для обучения и тренировки боевых расчетов без расходования ресурса боевых средств. "АЛТЕК-300" реализован на базе локальной вычислительной сети из персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) общего применения, работающих под операционной системой Microsoft Windows XP с использованием СУБД Microsoft SQL Server и эмулирующих при помощи специализированного программного обеспечения рабочие места ЗРС и СУ с их органами отображения/управления. Специализированное программное обеспечение комплекса "АЛТЕК-300" включает в себя: - базовые модели средств зенитной ракетной системы и базовые модели средств управления, отражающие свойства и алгоритмы функционирования средств в различных условиях; - базовые модели средств воздушного нападения, отражающие их боевые свойства; - базовую модель района возможных боевых действий, отражающую его физико-географические особенности; - программы подготовки исходных данных для проведения тренировок боевых расчетов; - базу данных, предназначенную для хранения вариантов исходных данных для проведения и документирования тренировок; - мультимедийный учебник. ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА В течение жизненного цикла учебно-тренировочного комплекса предусматривается его сопровождение и доработка (по желанию заказчика), в том числе: - расширение состава базовых моделей средств воздушного нападения, отражающих их боевые свойства; -· доработка базовых моделей средств зенитной ракетной системы и базовых моделей средств управления, отражающих свойства и алгоритмы функционирования модернизированных средств в различных условиях; - инсталляция базовой модели района возможных боевых действий, отражающей его физико-географические особенности с использованием цифровой карты заданного района обороны; В части модернизации оборудования учебно-тренировочного комплекса предусматривается: - развертывание мобильного варианта комплекса на базе портативных ПЭВМ. ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА За счет использования для тренировки и обучения боевых расчетов специализированного программного обеспечения и за счет применения в комплексе "АЛТЕК-300" персональных электронно-вычислительных машин общего применения вместо реальной аппаратуры ЗРС и СУ, обеспечиваются: - сокращение затрат на обучение боевых расчетов более чем в 420 раз по сравнению с затратами при использовании реальной аппаратуры для подготовки боевых расчетов; - экономия ресурса основных средств ЗРС и СУ при подготовке боевых расчетов - до 80%; - сокращение времени выполнения следующих операций по сравнению со штатным: - формирования тактической обстановки для тренировки - в 10-15 раз; - оценки результатов учебной тренировки боевых расчетов - в 5-8 раз; - изучения теоретического материала до заданного уровня по сравнению с традиционным способом подготовки - в 2-4 раза; - подготовки лиц боевых расчетов к выполнению нормативов по боевой работе на заданном уровне - в 1,7-2 раза. При этом число тактических ситуационных задач, выполняемых обучаемым за единицу времени с использованием учебно-тренировочного комплекса в 8-10 раз больше, чем при работе на реальной аппаратуре при возможности имитации такой тактической обстановки, которую невозможно создать на существующих тренажных системах реальной техники.

Маневр цели в горизонтальной плоскости сводится к изменению курса и скорости полета. Влияние маневра воздушной цели на первом и втором этапах наведения истребителя методом "Маневр" проявляется различным образом.

Допустим, что наведение осуществляется на первом этапе, когда воздушная цель и истребитель находились соответственно в точках В и А (рис. 7.9.), а встреча их была возможна в точке С о .

Рис. 7.9. Влияние маневра цели в горизонтальной плоскости

на траекторию полета истребителя

Если воздушная цель в точке В предпринимала маневр курсом и за время t отвернула на угол w ц t , то для следования истребителя по касательной к дуге разворота второго этапа наведения его курс за то же время должен измениться на угол w и t . После окончания воздушной целью маневра встреча с нею станет возможной в точке С , а длина пути воздушной цели до точки изменится на DSц.

Если представить, что вместе с ВЦ движется точка начала разворота, расположенная относительно нее на таких же интервале и дистанции, что и истребитель в момент начала разворота, то по отношению к этой точке истребитель наводится методом "Параллельное сближение". Если ВЦ находится на большой дальности До от истребителя, по сравнению с которой интервалом I и упрежденной дистанцией разворота Дупр можно пренебречь, то в целом свойства метода "Маневр" близки свойствам метода "Параллельное сближение".

К более поздней встрече истребителя с целью (DSц > 0) приводит отворот ее от истребителя (DΘ и > 0) , а доворот в сторону истребителя приводит к более ранней встрече. Поэтому мерой противодействия маневру цели курсом, как и при наведении методом "Параллельное сближение", может являться одновременное наведение на нее групп истребителей с разных сторон.

С уменьшением дальности до ВЦ отличие свойств метода "Маневр" от свойств метода "Параллельное сближение" проявляется все в большей степени. За время отворота ВЦ истребителю необходимо разворачиваться на все большие углы, то есть его угловая скорость wи растет.

Изменение величины w и при полете истребителя на встречных курсах с воздушной целью (УР = 180°) характеризует график зависимости отношения угловых скоростей w и / w ц от дальности, выраженной в долях упрежденной дистанции разворота Д/Дупр.

Как видно из графика, на больших дальностях (Д / Дупр = 5 ÷10) отношение w и / w ц незначительно отличается от единицы, то есть угловая скорость истребителя незначительно отличается от угловой скорости маневрирующей цели. С уменьшением дальности, примерно до трех Sупр , величина wи интенсивно растет, а при подходе истребителя к точке начала разворота (Д / Дупр = 1)w и возрастает до бесконечности.

Таким образом, при наведении методом "Маневр" на маневрирующую ВЦ вывести истребитель в точку начала разворота с расчетным радиусом практически невозможно.

Рис. 7.10. Зависимость отношения угловых скоростей w и / w ц при маневре цели

на первом этапе наведения по отношению Д / Дупр

В процессе наведения на первом этапе воздушная цель может маневрировать неоднократно. Так, например, воздушная цель в точке В1 может довернуть на истребитель, в результате чего в точке А1 его необходимо отвернуть от прежнего курса и изменить направление предусмотренного ранее разворота. В результате траектория истребителя на первом этапе наведения из прямой превращается в сложную линию, состоящую из дуг разворотов с переменным радиусом и отрезков прямой между ними. Все это усложняет выполнение полета на воздушный бой.

Влияние маневра воздушной цели на втором этапе наведения истребителя методом "Маневр" рассмотрим с помощью рисунка 7.11.:

Рис. 7.11. Влияние маневра воздушной цели в горизонтальной плоскости

на втором этапе наведения методом "Маневр" на траекторию полета истребителя

Допустим, что в некоторый момент второго этапа наведения истребитель и воздушная цель находятся соответственно в точках А и В и для встречи с целью в точке Со истребитель выполняет разворот с радиусом Rо и угловой скоростью w и = Vи/ Rо .

Если в течение некоторого промежутка времени Dt воздушная цель изменит направление полета на угол w ц × Dt , то встреча с нею станет возможна в точке С . Для выхода в эту точку из точки А истребителю потребовалось бы выполнить разворот с другим радиусом R . Но предварительно за время Dt он должен был бы дополнительно довернуть на угол w и Д × Dt .

Таким образом, маневр воздушной цели на втором этапе наведения приводит к возникновению дополнительной угловой скорости разворота истребителя w и Д . Чем меньше оставшийся угол разворота УР истребителя, тем больше величина w и Д , а с приближением истребителя к точке окончания разворота w и Д возрастает до бесконечности.

Таким образом, вывести истребитель в заданное положение относительно маневрирующей воздушной цели на втором этапе наведения методом "Маневр" практически невозможно.

В связи с этим, в случае маневрирования воздушной цели, на втором этапе, как правило, переходят на наведение истребителя методом "Погоня".

В результате первичной обработки радиолокационной информации на вход алгоритма автосопровождения поступают два потока отметок целей:

"истинных целей", группирующихся вблизи действительного положения целей;

"ложных целей"", одна часть из которых, привязана к областям помех и отражений от местных предметов, а другая - равномерно распределена по всей зоне обзора станции.

Если принято решение о том, что некоторое множество отметок, полученных каждая в своем обзоре РЛС, относится к одной и той же траектории, то следующей задачей является оценка параметров этой траектории, которая состоит в расчете рассмотренных в п. 2.2 параметров Х 0 ,У 0 ,Н 0 ,V x , V y , V H , a x , a y иa H . При наличии двух отметок о цели в качества начальных координатХ 0 ,У 0 иН 0 принимаются координаты последней отметки, составляющие скорости V x , V y и V H рассчитываются так же, как и при автозахвате траектории.

При различии большего числа отметок имеется возможность перехода к более сложной модели движения цели и сглаживанию параметров траектории. Сглаживание производится для того, чтобы уменьшить влияние ошибок измерения координат цели РЛС на точность сопровождения. Наиболее часто в АСУ встречаются линейная модель движения цели и последовательное сглаживание параметров траектории.

Сущность метода последовательного сглаживания состоит в том, что сглаженные значения параметров траектории в очередном k -м о6зоре определяются по сглаженным значениям, полученным в (k -1)-м обзоре, и результатам последнегоk -го наблюдения. Независимо от числа проведенных наблюдений в очередном цикле вычислений используются лишь предыдущая оценка и результат нового наблюдения. При этом требования к емкости запоминающих устройств и быстродействию аппаратуры значительно уменьшаются.

Окончательные выражения для сглаживания координаты и скорости в k-м обзоре РЛС имеют следующий вид:

Ив этих формул видно, что сглаженное значение координата равно сумме экстраполированной на момент k -то наблюдения сглаженной координатыU * КЭ и взятого с коэффициентом k отклонения экстраполированной координаты от результата измерения.

Сглаженное значение скорости в k -м обзореV * U K есть сумма сглаженной скоростиV * U K-1 в (k -1)-м обзоре и взятого с коэффициентом k приращения скорости, которое пропорционально отклонению.

U =U K -U КЭ.

Н

Рис. 2.5. Сглаживание параметров траектории цели.

а рис.2.5 показан участок траектории цели, истинные положения цели в моменты локации и результаты измерений. Отрезки прямых линий изображают траекторию движения, рассчитанную ЭВМ АСУ, когда сглаживание координат не производится (составляющие скорости в каждом обзоре определяются по результатам двух последних наблюдений). Цель движется в направлении вектора скорости. В момент съема координат производится пересчет составляющих скорости, текущие координаты и направление перемещения цели меняются скачкообразно.

Пунктирная линия на рис.2.5 означает сглаженную траекторию цели, рассчитанную в ЭВМ АСУ в k -м обзоре. Ввиду того, что коэффициенты сглаженных координат k и k лежат в пределах 0...1, сглаженная начальная координата находится в интервалеU * КЭ …U К, а сглаженная скорость -V * U K-1 …V * U K .

Доказано, что при прямолинейном равномерном движении цели ошибки сопровождения будут минимальными, если коэффициенты  k и k рассчитываются по формулам:

(2.9)

На рис.2.6 показана зависимость  k и k от номера обзораk . Из графиков рисунка видно, что коэффициенты асимптотически приближаются к нулю. В пределе приk этим достигается полное устранение ошибок сопровождения цели. На практике же всегда имеют место отклонения траектории цели от прямолинейной.

Поэтому значения коэффициентов  k и k уменьшаются лишь до определенных пределов.

Качественно влияние сглаживания на точность сопровождения цели может быть оценено с помощью рис.2.7. На участке прямолинейного движения ошибка сглаженных координат цели меньше несглаженных: отрезки пунктирных линий расположены ближе к истинной траектории цели, чем отрезки сплошных линий. На участке маневра за счет несоответствия истинного характера движения цели гипотетическому возникают динамические ошибки сопровождения. Теперь уж отрезки сплошных линий более точно определяют фактическое положение цели по сравнению с отрезками пунктирных линий.

В АСУ ПВО при сопровождении неманеврирующих целей выбор коэффициентов  k и k производится различными способами: они могут быть либо пересчитываться от начальных до некоторых конечных значений, либо оставаться неизменными в течение всего, периода сопровождения. В последнем случае оптимальное последовательное сглаживание переходит в так называемое экспоненциальное сглаживание. Обнаружение маневра цели может производиться визуально оператором или автоматически. В обоих случаях цель считается маневрирующей, если измеренная координата цели отличается от экстраполированной на величину, превышающую допустимые ошибки измерения координат.

З

Рис. 2.6. Зависимость коэффициентов сглаживания от К.

нание параметров траектории позволяет вычислить текущее положение цели на любой момент времениt:

Рис. 2.7. Влияние сглаживания параметров траектории на точность сопровождения цели

Обычно вычисление текущих (экстраполированных на данный момент времени) координат цели приурочивается к моментам выдачи информации на индикаторы, в каналы связи, зоны памяти других алгоритмов и др. Вычисление прогнозируемых значений координат целей производится по формулам:

(2.10)

где t y - время упреждения, отсчитываемое от текущего моментаt .

Обычно t y при оценке воздушной обстановки задается командирами, а при решении других задач обработки данных считывается из постоянной памяти ЭВМ АСУ.

Завершающим этапом сопровождения целей является решение задачи соотнесения вновь появляющихся отметок с имеющимися траекториями. Эта задача решается методом математического стробирования областей воздушного пространства. Сущность его состоит в машинной проверке выполнения равенств, с помощью которых устанавливается принадлежность отметки исследуемой области. При этом чаще всего используются прямоугольные или круговые стробы. Их параметры показаны на рис.2.8.

Пусть Х Э,У Э - экстраполированные координаты цели на некоторый момент времениt . Для выяснения того, какая из отметок, поступивших в очередном обзоре, относится к данной траектории, необходимо проверить условия:

п

Рис. 2.8. Параметры стробов

ри использовании прямоугольных стробов -

|X 1 -X Э |  X стр; |Y 1 -Y Э |  Y стр; (2.11)

при использовании кругового строба -

(X i – X Э) 2 + (Y i – Y Э) 2  R стр, (2.12)

где Х стр, Y стр - размеры прямоугольного строба;

R стр - размер кругового строба.

В результате перебора всевозможных пар «траектория-отметка» в каждом обзоре устанавливается, какие отметки продолжают имеющиеся, а какие инициируют новые трассы.

Из описания алгоритмов сопровождения траекторий целей видно что обработка информации о воздушной обстановке является весьма трудоемким процессом, требующим больших затрат оперативной памяти и быстродействия ЭВМ АСУ.

Манёвр сопровождаемой цели, превышающий по длительности период обновления информации на входе УВО, проявляется в появлении систематической составляющей в динамических ошибках фильтрации.

Рассмотрим в качестве примера процесс построения траектории цели, которая до точки Б (рис.12.15) двигалась равномерно и прямолинейно, а затем начала манёвр с большой (1), средней (2) или малой (3) перегрузкой (штрих-пунктирные линии). На основе оценки параметров прямолинейного участка траектории по результатам фильтрации n измерений (на рисунке отмечена кружком) производится вычисление текущих координат цели (пунктирная линия) и экстраполированных координат на (n +1)-ый обзор (треугольник).

А

Б

Как видно из рисунка, после начала манёвра текущие координаты цели, выдаваемые потребителям, будут содержать динамическую ошибку, величина которой тем больше, чем больше перегрузка цели на манёвре и период обзора пространства.

Для автоматического сопровождения цели в этих условиях необходимо, во-первых, обнаружить (выявить) манёвр и, во-вторых, отказавшись от гипотезы о прямолинейном и равномерном движении цели, определить параметры манёвра и на этой основе использовать новую гипотезу движения цели.

Известен ряд способов выявления манёвра по результатам дискретных измерений координат цели:

1. Основанием для прекращения фильтрации по гипотезе прямолинейного равномерного движения может явиться превышение модуля невязки некоторой постоянной величины. В этом случае необходимое условие продолжения фильтрации после получения n -ой отметки может быть представлено в следующем виде:

; (1)

где: ΔП , ΔД - константы, определяющие допустимую величину невязки и зависящие от периода обзора РЛС и принятого значения перегрузки цели на манёвре;

П n , Д n - измеренные в n-ом обзоре значения пеленга и дальности;

, - экстраполированные на момент n-го измерения значения пеленга и дальности.

2. При более высоких требованиях к качеству выявления манёвра в горизонтальной плоскости в условиях сопровождения траекторий в прямоугольной системе координат допустимая величина невязки определяется на каждом обзоре и задача решается следующим образом:

а) по результатам каждого измерения координат вычисляются модули невязки экстраполированных и измеренных значений координат

;

;

б) рассчитывается дисперсия ошибок дискретных измерений

где σ Д , σ П - среднеквадратические ошибки дискретного измерения дальности и пеленга;

в) рассчитывается дисперсия ошибок экстраполяции

,

г) вычисляется дисперсия суммарной ошибки измерения координат и экстраполяции

(5)

д) сравниваются величины d и , где - коэффициент, выбираемый по соображениям обеспечения приемлемой вероятности ложного обнаружения манёвра.

Если при сравнении оказывается, что d > , то принимается решение "ожидание манёвра". Если неравенство выполняется вторично, то принимается решение "манёвр" и фильтрация параметров траектории по используемой гипотезе прекращается.

3. Находит применение и иной подход к выбору критерия выявления манёвра. В каждом обзоре рассчитывается автокорреляционная функция невязок полярных координат в предыдущем и текущем обзорах

,

Если манёвр отсутствует, то ΔД n и ΔП n независимы от обзора к обзору и автокорреляционные функции невязок и малы или даже равны нулю. Наличие манёвра значительно увеличивает математическое ожидание произведения невязок. Решение о начале манёвра принимается при превышении автокорреляционных функций некоторого порогового уровня.

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС : Сопровождение цели на маневре.

В простейшем случае при обнаружении начала манёвра после (n+1)-го облучения цели по двум точкам - оценке координат в n-ом обзоре (незачернённый кружок) и измеренным координатам в (n +1)-ом обзоре (зачернённый кружок) вычисляется вектор скорости цели, который может быть использован для вычисления текущих координат и экстраполированных координат на (n +2)-ой обзор. В дальнейшем для построения траектории цели и вычисления экстраполированных координат используются координаты цели, измеренные в текущем и предыдущем обзорах. Фильтр, работающий по такому алгоритму, называют двухточечным экстраполятором.

При использовании такого экстраполятора отклонение экстраполированных координат от истинного положения цели (L 1 , L 2 , L 3 ) при большом периоде обзора и больших перегрузках цели на манёвре может оказаться весьма значительным; при этом с большими ошибками будут выдаваться потребителям текущие координаты цели. Большие ошибки экстраполяции могут привести к тому, что очередная отметка цели окажется вне границ строба автосопровождения. Поскольку в пределах строба, как правило, присутствуют ложные отметки, то одна из них будет отобрана и использована для продолжения траектории в ложном направлении, а автосопровождение истинной цели будет сорвано.

При продолжительном манёвре с постоянной перегрузкой точность сопровождения цели может быть повышена путём определения прямоугольных составляющих ускорения цели , по первым трём отметкам, полученным на криволинейном участке траектории, и дальнейшей фильтрации ускорения. Эта задача решается с помощью "α-β-γ"- фильтра, рекуррентный алгоритм которого по оценке координат и скорости их изменения остается таким же, как в "α-β"- фильтре, а оценка ускорения цели, например, по координате X при поступлении отметки в n -ом обзоре вычисляется по формуле