Математическая морфология.
Электронный математический и
медико-биологический журнал. - Т. 10. -
Вып. 2. - 2011. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-30-html/TITL-30.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-30-html/cont.htm
УДК
621.391
ВОЗМОЖНЫЕ
ПУТИ СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ УГЛОВЫХ ШУМОВ НА ТОЧНОСТЬ
ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ
Ó
2011 г. Кадученко И. В.
В статье представлен обзор
применяемых и перспективных путей снижения влияния угловых шумов радиолокационной
цели на точность измерения угловых координат в радиолокационной головке самонаведения.
Обобщены достоинства и недостатки рассмотренных путей снижения влияния угловых
шумов радиолокационной цели на точность измерения угловых координат в радиолокационной
головке самонаведения.
Ключевые слова:
головка самонаведения, угловые координаты.
Результаты исследований
угловых шумов радиолокационных целей свидетельствуют о том, что для групповой радиолокационной цели (находящейся в
одном импульсном объеме следящего пеленгатора) в точку наблюдения приходит
множество сферических волн от каждого источника вторичного излучения.
Вследствие чего нормаль к фазовому фронту суммарной волны укажет направление не
на геометрический центр цели, а не некоторую точку пространства, называемую кажущимся
центром цели. При изменении ракурса групповой цели и взаимного расположения
цели и ракеты этот кажущийся центр будет блуждать (статистические характеристики
угловых шумов будут изменяться случайным образом),
что может привести к снижению точности наведения [1]. Наличие угловых шумов групповой цели (рис.
1а, 1б) существенно снижает вероятность попадания зенитной управляемой ракеты с радиолокационной
головкой самонаведения (ЗУР с РГСН) в трубку промаха.
Рисунок
1а − Вероятность попадания ЗУР в трубку промаха без влияния угловых шумов
При
дистанции между двумя ближайшими целями из состава групповой 100-250 метров, вероятность
поражения одной из них снижается в 4 раза (применительно к существующим ЗУР с РГСН).
Рисунок 1б − Вероятность попадания ЗУР в
трубку промаха при наличии угловых шумов
Сопоставление
интегральных
законов
распределения промаха ЗУР при наведении на одиночную и групповую цель (рис. 2а, 2б), позволяет
сделать вывод, что при наведении ЗУР на групповую цель,
вероятность промаха в 3,5 раза выше. Такое снижение вероятности поражения ЗУР цели из
состава групповой говорит о необходимости поиска путей снижения влияния угловых
шумов радиолокационных целей на точность измерения угловых координат [2].
Рисунок 2б − Интегральный закон распределения промаха ЗУР при наведении на одиночную цель
Рисунок 2б − Интегральный закон распределения промаха ЗУР при наведении на групповую цель
Тактика
применения современных
средств воздушного нападения (СВН) неизбежно приводит к
возникновению
тактических ситуаций, при которых статистические характеристики углового шума
обстреливаемой цели будут изменяться случайным образом:
-
стрельба по групповой цели (пара, звено);
-
стрельба по цели, применяющей РЛ ловушку (буксируемую, управляемую, сбрасываемую);
-
наведение ЗУР на конечном участке траектории (геометрические размеры цели в картинной
плоскости значительно увеличиваются).
Анализ
известных путей снижения влияния угловых шумов на точность измерения
угловых координат дал следующие результаты:
Решением проблемы угловых
шумов в РГСН может стать использование широкополосных зондирующих сигналов
(ШПС). В настоящее время начинают применяться новые прогрессивные методы
модуляции зондирующих сигналов и они могут быть реализованы в РГСН нового
поколения. Применение технологии ШПС позволяет снизить
влияние всех видов информационных помех, в том числе и угловых шумов. Так же
данная технология позволяет избежать взаимных помех ЗУР при ведении залпового
огня и при стрельбе очередью.
Так, расширение полосы
зондирующего сигнала до десятков-сотен МГц позволяет разрешать не только
групповые цели, но и блестящие точки на их поверхности. При этом общепринятое
утверждение о высокой информативности ШПС следует понимать не только в смысле
увеличения количества зондируемых ячеек пространства, но и в связи с принципиальной
возможностью извлекать из отклика объекта на ШПС информацию о его геометрических
размерах и форме. Помимо этого от применения ШПС ожидают:
- уменьшения влияния
интерференции при рассеянии целью электромагнитных волн и их переотражений от
подстилающей поверхности;
- повышения защищенности
РГСН от воздействия пассивных помех за счет уменьшения импульсного объема;
- повышения защищенности
РГСН от воздействия активных заградительных помех за счет возможности их
режекции без заметных потерь энергии полезного сигнала;
- улучшения радиозаметности
целей за счет попадания части спектра ШПС сигнала в область резонансов их
конструкций, а также снижения эффективности радиопоглащающих покрытий, имеющих
конечный частотный диапазон действия;
- повышения скрытности
работы РГСН из-за уменьшения удельной спектральной плотности сигнала, и как
следствие, практической невозможности постановки имитирующих и ответных помех.
Недостатком
данной технологии является сложность и высокая стоимость устройств обработки, в
частности согласованных с ШПС фильтров, а также низкая энергоемкость ШПС.
Известным способом повышения
точности измерения угловых координат является увеличение времени когерентного
накопления эхо-сигналов. На основе этого принципа разработан метод инверсного
синтезирования апертуры. В нем применяются алгоритмы, которые позволяют
получать детальные изображения цели на основе анализа доплеровских сдвигов
частоты сигнала. Суть метода заключается в накоплении полезного
сигнала и сопоставлении его флюктуаций с ходом изменения ракурса цели на
интервале накопления. Отличительным признаком этого метода является то, что накопление
сигнала происходит за счет движения цели, либо взаимного движения цели и ЗУР.
Задача
инверсного синтезирования апертуры антенны применяется на самолетах ВМФ США для
распознавания морских объектов. Данная технология позволяет получить высокоинформативные
РЛ изображения целей, но она имеет большое время реакции (15-40 с), что неприемлемо
при наведении ЗУР. Также недостатком данного метода считается необходимость знания
дальности до цели и скорости ее движения. Ошибки в определении этих параметров
приводят к ухудшению точностных характеристик РЛС в режиме работы с использованием
метода инверсного синтезирования апертуры.
Использование
в ЗУР структурно-адаптируемой самоорганизующейся системы, которая позволит
учитывать изменяющиеся условия наведения и менять закон наведения соответственно,
решает проблему УШ групповой цели, но чрезвычайно увеличивает стоимость такой
ЗУР.
Частичной
нейтрализации отрицательного влияния УШ цели позволяет добиться отказ от
преследования ракетой фазового центра цели, "блуждающего" далеко за
пределами геометрических размеров самой цели, и переход к регулярному смещению
траектории ракеты в сторону увеличения амплитуды принимаемого сигнала. Но
данный способ не защищен от применения радиолокационных ловушек различных
типов.
Традиционно для
пространственного различения сигналов используется совокупность разнесенных
датчиков, представляющих в случае приема электромагнитных колебаний антенную
решетку (АР). Классическим способом различения источников по угловому положению
является синфазное суммирование сигналов с равным весом. Однако данный метод
для сигналов неодинаковой амплитуды имеет ряд недостатков, основным из которых
является "неразличение" по угловому положению более слабого по
мощности сигнала. Возможным направлением борьбы с данным явлением служит более
полное использование свойств АР как пространственного фильтра. Последнее
связано с адаптивным формированием "нулей" диаграммы направленности
(ДН) в направлениях источников сигналов, исключая направление главного лепестка
диаграммы направленности. Для анализа углового распределения источников
сигналов элементы весовых коэффициентов, определяющие ДН излучающей системы,
изменяются во времени с тем, чтобы обеспечить сканирование главного лепестка ДН
(изменение его углового положения). Частота изменения элементов, естественно,
выбирается много меньше частот принимаемых сигналов.
Возможность
различения некоррелированных сигналов, приходящих с различных направлений,
определяется свойствами антенной решетки как пространственного фильтра.
Использование свойств
антенной решетки как пространственного фильтра и адаптивное формирование
"нулей" диаграммы направленности (ДН) в направлениях источников сигналов,
исключая направление главного лепестка ДН позволяет добиться высокой точности
разрешения, но громоздкость аппаратуры, необходимой для этого способа, не позволяет
применять его в ЗУР.
Наиболее перспективным
способом повышения точности наведения на групповые цели является частотная
селекция сигналов целей. Существующие доплеровские фильтры полуактивных
моноимпульсных РГС позволяют различать цели, отличающиеся по скорости на 20 м/c.
Моделирование показывает, что при традиционном наведении по методу пропорциональной
навигации на цели, выполняющие полет с одинаковыми абсолютными скоростями, такое
отличие доплеровских скоростей достигается за счет кинематических различий в
относительном движении целей и ЗУР на очень близком расстоянии [2].
литература
1. Жарков С. В., Кадученко И. В. Моделирование
процесса наведения ЗУР на групповую цель.//
Смоленск, ВА ВПВО ВС РФ Сборник НТА №21, 2009. 277 с.
2. Акимов В. Н. Комбинированная
система наведения зенитных управляемых ракет для многоканального ЗРК средней
дальности: Дис. … докт. техн. наук. Смоленск, ВА ВПВО ВС РФ, 2010. 220 с.
POSSIBLE WAYS OF DECREASE OF INFLUENCE ANGULAR
NOISE ON ACCURACY OF MEASUREMENT
ANGULAR COORDINATES
Kaduchenko I. V.
In
article the review of applied and perspective ways of decrease in influence of
angular noise of the radar-tracking purpose on accuracy of measurement of angular
coordinates in a radar-tracking head of homing is presented. Merits and demerits
of the considered ways of decrease in influence of angular noise of the radar-tracking
purpose on accuracy of measurement of angular coordinates in a radar-tracking
head of homing are generalized.
Key words: homing
head, angular coordinates.
Академия войсковой ПВО Вооруженных Сил РФ
им. Маршала Советского
Союза А. М. Василевского, г. Смоленск
Поступила в редакцию 30.03.11.