СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СОЗДАНИЯ АДАПТИВНЫХ РАДИОПОМЕХ
METHOD AND DEVICE FOR GENERATING ADAPTIVE RADIO INTERFERENCE

Изобретение относится к радиоэлектронному подавлению систем управления высокоточным оружием и может быть использовано при разработке комплексов радиоподавления предназначенных для защиты воздушных и наземных объектов от поражения самонаводящимися ракетами.
Известны способы создания адаптивных радиопомех, учитывающие реакцию подавляемого радиолокационного средства на воздействие радиопомех (см., например, Ю.М. Перунов, К.И. Фомичев, Л.М. Юдин. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М.: «Радиотехника», 2003. - с. 231). Существо этих способов заключается в том, что наблюдая за эффектом воздействия радиопомехи на подавляемое радиолокационное средство, комплекс радиоподавления подбирает вид помехи и ее параметры, исходя из максимально достижимой в текущих условиях эффективности помех.
Наиболее близким по технической сущности является способ создания адаптивных помех для подавления систем самонаведения управляемых ракет, основанный на контроле эффективности помех по траекторным признакам (см., например, Современная радиоэлектронная борьба. Вопросы методологии / Под ред. В.Г. Радзиевского. - М.: «Радиотехника», 2006. - с. 256). Существо способа заключается в оценке эффекта воздействия на систему самонаведения управляемой ракеты помехи в виде ложной цели, смещенной от истинной цели на фиксированное расстояние. Контроль эффективности в этом случае заключается в определении точки прицеливания управляемой ракеты по результатам оценки ее текущих фазовых координат.
Недостатками способа являются:
формирование вида и параметров помех осуществляется с использованием заранее выбранных усредненных параметров контура наведения атакующей ракеты. В реальных условиях в каждом конкретном случае реальные параметры контура наведения атакующей ракеты не совпадают с его заранее выбранными усредненными параметрами;
выбор видов и параметров адаптивных помех осуществляется методом последовательного перебора помеховых воздействий в реальном масштабе времени и оценки результатов действия помехи, что приводит к существенным временным затратам и не всегда возможно в реальном времени.
выбор видов и параметров адаптивных помех не обеспечивает достижение максимальной (потенциально возможной) эффективности защиты.
Известно устройство взаимной защиты двух объектов от поражения самонаводящейся на излучение ракетой (см., например, Ю.М. Перунов, К.И. Фомичев, Л.М. Юдин. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М., Радиотехника, 2003 г, с. 231), содержащее последовательно соединенные обнаружитель самонаводящейся ракеты и передатчики помех, установленные на защищаемых объектах или в непосредственной близости от них.
Основным недостатком этого устройства создания помех для подавления систем наведения управляемых ракет является низкая эффективность помех, обусловленная тем, что вид и параметры помех задаются заранее при проектировании средств создания помех, исходя из предполагаемых усредненных параметров контура наведения атакующих ракет. В общем случае задаваемые таким способом виды и параметры помех могут существенно отличаться от требуемых. Значения требуемых видов и параметров помех, которые обеспечивают наибольшую эффективность подавления, зависят от параметров контура наведения ракеты в конкретных текущих условиях наведения. Параметры контура наведения ракеты в процессе наведения ракеты на цель зависят от целого ряда факторов: типа ракеты, условий стрельбы, а также изменяются из-за нестационарности самого контура наведения, обусловленной характером изменения дальности между ракетой и целью.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности подавления систем наведения управляемых ракет за счет адаптивного выбора вида и параметров помех, при котором учитываются параметры контура наведения атакующей ракеты в текущих условиях наведения в реальном масштабе времени.
Технический результат достигается тем, что в известном способе создания радиопомех, основанном на обнаружении атакующей управляемой ракеты, определении факта наведения ракеты на защищаемый объект и излучении радиопомехи в направлении на ракету,
воздействуют помехой на ракету,
определяют изменение фазовых координат ракеты, вызванное воздействием помехи,
определяют по изменению фазовых координат ракеты параметры математической модели контура наведения ракеты,
выбирают с использованием этой математической модели контура наведения ракеты наиболее эффективную помеху
и создают такую помеху.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве создания помех для подавления систем наведения управляемых ракет, содержащем последовательно соединенные устройство обнаружения и измерения фазовых координат атакующей управляемой ракеты, а также передатчик помех, установленный на защищаемом объекте или в непосредственной близости от него, дополнительно введены последовательно соединенные:
устройство расчета переходной характеристики контура наведения атакующей управляемой ракеты по мгновенному промаху,
устройство расчета параметров математической модели контура наведения ракеты,
устройство расчета мгновенного промаха атакующей ракеты с использованием математической модели контура наведения ракеты в сжатом масштабе времени для формируемых видов помех,
устройство выбора вида и параметров помехи, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект,
при этом выход устройства обнаружения и измерения фазовых координат атакующей ракеты соединен со входом устройства расчета переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху и ее параметров,
вход передатчика помех соединен с выходом устройства выбора вида и параметров помехи, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект.
Сущность изобретения состоит в том, что для адаптивного выбора вида и параметров наиболее эффективной помехи используется математическая модель контура наведения атакующей ракеты, параметры которой соответствуют параметрам контура наведения именно той ракеты, которая атакует защищаемый объект. Эти параметры определяются на основе измерения фазовых координат ракеты, изменяющихся в результате воздействия помехи на контур наведения ракеты.
Применение способа начинается с момента перехода атакующей ракеты в режим самонаведения. Специальный измеритель, находящийся на защищаемом объекте, обнаруживает атакующую ракету и измеряет ее фазовые координаты - доплеровскую частоту и дальность «ракета -защищаемый объект». После начала измерения фазовых координат атакующей ракеты осуществляют воздействие на нее помехой. Далее по характеру изменения под воздействием помехи измеренных фазовых координат ракеты, рассчитывают измеренную переходную характеристику контура наведения атакующей ракеты по мгновенному промаху. Определяют параметры точки экстремума измеренной переходной характеристики контура наведения ракеты - максимум амплитуды и время его достижения. Находят параметры математической модели контура наведения атакующей ракеты, используя для этого аналитические выражения, аппроксимирующие измеренную переходную характеристику по мгновенному промаху и параметры точки ее экстремума. С использованием математической модели контура наведения атакующей ракеты путем моделирования в ускоренном масштабе времени для каждого из возможных формируемых видов помех рассчитывают мгновенный промах атакующей ракеты по защищаемому объекту к окончанию наведения ракеты. Выбирают тот вид и параметры помехи, которые обеспечивают максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект. Далее излучают такую помеху.
Осуществление изобретения. Предлагаемый способ создания адаптивных помех может быть реализован путем выполнения следующей последовательности действий.
1. Функционирование способа начинается с момента перехода атакующей ракеты в режим самонаведения. Признаком начала самонаведения ракеты является изменение вида сигнала подсвета защищаемого объекта. Этот факт фиксируется средствами непосредственной радиотехнической разведки (типа станции предупреждения об облучении), находящимися на защищаемом объекте (см. например, Бортовой комплекс самолетовождения, прицеливания и управления вооружением самолета Су-27. Под ред. М.С. Ярлыкова. - М.: «Издание ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского», 1987. - с. 486).
2. Специальный измеритель (типа бортовой радиолокационной станции или радиолокационного прицельного комплекса), находящийся на защищаемом объекте, обнаруживает атакующую самонаводящуюся ракету и измеряет ее фазовые координаты - доплеровскую частоту и дальность «ракета - защищаемый объект» (см. например, Бортовой комплекс самолетовождения, прицеливания и управления вооружением самолета Су- 27. Под ред. М.С. Ярлыкова. - М.: «Издание ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского», 1987. - с. 156)
Для получения переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху воздействуют на контур наведения атакующей ракеты ступенчатым воздействием с известной амплитудой в соответствии с (см., например, А.А. Воронов. Теория автоматического управления. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления. Учебное пособие для вузов. М., Высшая школа, 1977, с. 49). Такое воздействие может быть воспроизведено, например, путем включения помехи, обеспечивающей перенацеливание атакующей ракеты на смещенный источник излучения (см. например, Бортовой комплекс самолетовождения, прицеливания и управления вооружением самолета Су-27. Под ред. М.С. Ярлыкова. - М.: «Издание ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского», 1987. - с. 486).
д
P-ЗО
Переходную характеристику контура наведения ракеты по мгновенному промаху рассчитывают с использованием измеренных фазовых координат: доплеровской частоты F(t) и дальности «ракета - защищаемый объект» D(t). Под мгновенным промахом ракеты понимается проекция линии «ракета-цель» на плоскость, перпендикулярную вектору сближения скорости ракеты с целью и проходящую через цель (см. например, Неупокоев Ф.К. Стрельба зенитными ракетами. - М.: «Воениздат», 1980. - с. 81).
При неизменных скоростях и ракурсах сближения атакующей ракеты и защищаемого объекта временная зависимость мгновенного промаха, рассчитывается по формуле (см. например, Козлов С.В., Карпухин В.И., Лазаренков С.М. Модели конфликта авиационных систем радиоэлектронной борьбы и противовоздушной обороны. Монография. - Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА». 2013. - с. 338):
P-ЗО
где D(t) - зависимость дальности «ракета - защищаемый объект» от времени;
Д
F(t) - зависимость доплеровской частоты отраженного от атакующей ракеты сигнала от времени;
max
_
F максимальное значение доплеровской частоты отраженного от атакующей ракеты сигнала, определяемое при встречном сближении ракеты и защищаемого объекта.
Процедура определения параметров математической модели контура наведения ракеты минимально возможного порядка с использованием переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху приведена в (см. например, Козлов С.В., Карпухин В.И., Лазаренков С.М. Модели конфликта авиационных систем радиоэлектронной борьбы и противовоздушной обороны. Монография. - Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА». 2013. - с. 341) и заключается в следующем:
MAX
MAX
определяют параметры точки экстремума измеренной переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху (2) hи t - максимум амплитуды и время его достижения;
в основу математической модели контура наведения ракеты может быть положена структурная схема контура наведения УР с выходом по мгновенному промаху (см., например, В.В. Быков, Ю.С. Сухоруков. Точность радиолокационного самонаведения в условиях блужданий центра излучения и маневра цели / Современная радиоэлектронная борьба. Вопросы методологии. Под ред. заслуженного деятеля науки РФ. В.Г. Радзиевского. М., Радиотехника, 2006), приведенная на фиг. 1.
На фиг. 1 обозначено:
M
H
h(t Т) - мгновенный промах УР;
Ц
P
Y(t), Y(t) - координаты цели и ракеты;
H
К - навигационная постоянная контура наведения УР;
Ф
Т -постоянная времени фильтра команд;
Н
Т - рассматриваемый интервал времени полета УР в режиме самонаведения;
t - текущее время.
Дифференциальное уравнение, описывающее мгновенный промах для математической модели, приведенной на фиг. 1, имеет вид:
На основе решения дифференциального уравнения (3) с использованием метода квазификсированных коэффициентов (см., например, Доброленский Ю.П., Иванова А.И., Поспелов Г.С. Автоматика управляемых снарядов. Под ред. доктора техн. наук, профессора Г.С. Поспелова. М., "Оборонгиз", 1963) для неоднородного дифференциального уравнения получены аналитические выражения, аппроксимирующие измеренную переходную характеристику по мгновенному промаху. Эти выражения позволяют определить искомые параметры математической модели контура наведения ракеты Кн и Тф:
при апериодическом характере процесса
при колебательном характере процесса
Под апериодическим характером процесса понимается вид переходной характеристики по мгновенному промаху с одним максимумом, а под колебательным характером процесса понимается вид переходной характеристики по мгновенному промаху с несколькими периодическими максимумами;
MAX
M
MАX
H
МАX
MAX
M
MАX
H
составляют системы уравнений, аналитически описывающие функционирование математической модели, путем приравнивания выражения (4) и (5) для переходной характеристики по мгновенному промаху в момент t к значению ее измеренного максимума h(t, Т)=h, а производной выражений (4) и (5) переходной характеристики -приравнивания нулю, в момент времени t достижения максимума переходной характеристикой h'(t,Т)=0;
К
К
МА
H
MК
Н
определяют промежуточные параметры T1, T2 и Т, ξ, функций h(t,Т), h(t,T) путем решения численными методами с использованием ЦВМ составленных в п. 3) систем уравнений;
К
К
вычисляют параметры математической модели контура наведения ракеты, которые связаны с промежуточными параметрами Т1, Т2 и Т, ξ, следующими соотношениями:
при апериодическом характере процесса
при колебательном характере процесса
С использованием математической модели контура наведения атакующей ракеты методом математического моделирования в ускоренном масштабе времени для каждого из возможных формируемых видов помех рассчитывают зависимости мгновенного промаха атакующей ракеты на защищаемый объект от времени наведения.
Масштаб времени при цифровом моделировании с использованием математической модели контура наведения ракеты равен (см. например Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. - М.: «Советское радио», 1971 - с. 248)
M
где Δt - время, необходимое для завершения на ЦВМ всех расчетов на каждом шаге моделирования;
Δt - интервал дискретизации моделируемого процесса;
Δ
N - количество элементарных операций, затрачиваемых при расчете на одном шаге;
M
F - быстродействие машины, равное количеству элементарных операций в секунду;
с
ƒ - частота дискретизации моделируемого процесса.
Δ
Минимальное значение N равно единице, удвоенная частота дискретизации процесса в соответствии с теоремой Котельникова выбирается порядка ширины спектра моделируемого процесса - это составляет -десятки герц, а быстродействие современных универсальных ЦВМ составляет сотни-тысячи мегагерц.
Следовательно, масштаб времени при цифровом моделировании может достигать нескольких сотен раз, что обеспечивает существенное снижение времени, затрачиваемого на расчет мгновенного промаха атакующей ракеты на защищаемый объект по каждому из возможных видов помех.
Выбирают вид и параметры помехи, при которых достигается максимальный промах атакующей ракеты относительно защищаемого объекта, тем самым обеспечивается максимальная (потенциально возможная) эффективность защиты объекта.
Излучают выбранную помеху в направлении на атакующую ракету.
Выполнение предложенной процедуры возможно с использованием специализированного вычислителя, реализованного на базе ЦВМ, размещаемой на защищаемом объекте.
Проведенные исследования показали, что общее время выбора адаптивной помехи для подавления контура наведения атакующей ракеты не превышает 20% от общего времени самонаведения ракеты в типовых условиях наведения, и является достаточным для эффективного применения помехи.
На фиг. 2 представлена структурная схема устройства, с использованием которого может быть реализован предлагаемый способ создания адаптивных помех для подавления систем наведения управляемого оружия.
На структурной схеме устройства цифрами обозначены:
1 - атакующая управляемая ракета;
2 - передатчик помех, установленный на защищаемом объекте или в непосредственной близости от него;
3 - устройство обнаружения и измерения фазовых координат атакующей ракеты;
4 - устройство расчета переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху и ее параметров;
5 - устройство расчета параметров математической модели контура наведения ракеты;
6 - устройство выбора вида и параметров помехи, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект;
7 - устройство расчета мгновенного промаха атакующей ракеты с использованием математической модели контура наведения ракеты в сжатом масштабе времени для формируемых видов помех.
Устройство отличается от выбранного прототипа тем, что в него дополнительно введены:
устройство расчета переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху и ее параметров;
устройство расчета параметров математической модели контура наведения ракеты;
устройство расчета мгновенного промаха атакующей ракеты с использованием математической модели контура наведения ракеты в сжатом масштабе времени для формируемых видов помех;
устройство выбора вида и параметров помехи, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект.
Для реализации изобретения могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства.
В качестве специального измерителя 3, находящегося на защищаемом объекте, который обнаруживает атакующую самонаводящуюся ракету и измеряет ее фазовые координаты - доплеровскую частоту и дальность «ракета - защищаемый объект» может быть использована бортовая радиолокационная станция или радиолокационный прицельный комплекс (см. например, Бортовой комплекс самолетовождения, прицеливания и управления вооружением самолета Су-27. Под ред. М.С. Ярлыкова. - М.: «Издание ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского», 1987. - с. 156)
Устройства, последовательно выполняющие операции расчета переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху и ее параметров 4, расчета параметров математической модели контура наведения ракеты 5, расчета мгновенного промаха атакующей ракеты с использованием математической модели контура наведения ракеты в сжатом масштабе времени для формируемых видов помех 7, выбора вида и параметров помехи, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект 6, могут быть выполнены как единый специализированный вычислитель, реализующий последовательные расчеты, выполняемые 4-7, и обеспечивающий максимум мгновенного промаха атакующей управляемой ракеты (см., например, В.П. Дьяконов. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М. Наука, 1987 г, с. 96, 100).
Для излучения помех в направлении атакующей ракеты в качестве передатчика помех 2 может быть использована станция активных помех, придаваемая защищаемому объекту (см. например, Бортовой комплекс самолетовождения, прицеливания и управления вооружением самолета Су-27. Под ред. М.С. Ярлыкова. - М.: «Издание ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского», 1987. - с. 491).
Для реализации изобретения могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства. Поэтому предлагаемое техническое решение является практически реализуемым.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ защиты объектов от поражения самонаводящейся ракетой, основанный на обнаружении атакующей управляемой ракеты, определении факта наведения ракеты на защищаемый объект и излучении радиопомехи в направлении на ракету, воздействии помехой на ракету, определении изменения фазовых координат ракеты, вызванного воздействием помехи, определении по изменению фазовых координат ракеты параметров математической модели контура наведения ракеты, выборе с использованием этой математической модели контура наведения ракеты помехи, при которой достигается максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект и тем самым обеспечивается максимальная (потенциально возможная) эффективность защиты объекта, и излучении такой помехи.
Из общедоступных сведений неизвестно также устройство создания помех для подавления систем наведения управляемых ракет, содержащее устройство обнаружения и измерения фазовых координат атакующей управляемой ракеты, а также передатчик помех, установленный на защищаемом объекте или в непосредственной близости от него, и последовательно соединенные устройство расчета переходной характеристики контура наведения атакующей управляемой ракеты по мгновенному промаху, устройство расчета параметров математической модели контура наведения ракеты, устройство расчета мгновенного промаха атакующей ракеты с использованием математической модели контура наведения ракеты в сжатом масштабе времени для формируемых видов помех, а также устройство выбора вида и параметров помехи, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект, при этом выход устройства обнаружения и измерения фазовых координат атакующей ракеты соединен со входом устройства расчета переходной характеристики контура наведения ракеты по мгновенному промаху и ее параметров, вход передатчика помех соединен с выходом устройства выбора вида и параметров помехи, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует заявленная последовательность действий по определению с использованием измеренных фазовых координат самонаводящейся ракеты ее переходной характеристики и параметров математической модели контура наведения ракеты по мгновенному промаху, расчету мгновенного промаха ракеты в сжатом масштабе времени с использованием математической модели контура наведения ракеты для каждого из имеющихся видов помех, выбору вида и параметров помех, обеспечивающих максимальный мгновенный промах атакующей ракеты на защищаемый объект, и излучению наиболее эффективной помехи.