Имитационная модель отдельного радиотехнического узла загоризонтного обнаружения
SIMULATION MODEL OF A STAND-ALONE RADIO ENGINEERING UNIT FOR OVER-THE-HORIZON DETECTION

Изобретение относится компьютерным системам, основанным на специфических математических моделях в области радиолокации, конкретно к имитационной модели (ИМ) отдельного радиотехнического узла (ОРТУ) загоризонтного обнаружения (ЗГО), далее ИМ ОРТУ ЗГО.
Уровень техники
Известны имитационные модели (ИМ) радиолокационных систем и их боевого применения /RU 126168, RU 41169, RU 186061, RU 183185/, основанные на специфических математических моделях в области радиолокации.
Недостатком указанных ИМ является невозможность их использования в области загоризонтной локации из-за нерешенных проблем моделирования фоноцелевой обстановки (ФЦО), связанной с нестабильностью ионосферы на трассах загоризонтной локации.
Таким образом техническая проблема заявленного технического решения заключается в создании имитационной модели отдельного радиотехнического узла загоризонтного обнаружения (ИМ ОРТУ ЗГО) наземных и воздушных объектов, учитывающей нестабильность ионосферы на трассах загоризонтной локации.
Таких моделей в известном уровне техники не выявлено.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении достоверности оценки боевой эффективности ОРТУ ЗГО за счет повышения точности моделирования ФЦО в условиях нестабильности ионосферы.
Указанный технический результат достигается в имитационной модели отдельного радиотехнического узла загоризонтного обнаружения содержащая блок управления работой модели, соединенный через интерфейсные линии связи с блоком ионосферного обеспечения функционирования, выполненным с возможностью моделирования пространственно-временного изменения ионосферной обстановки и её влияния на характеристики сигналов и помех, расчета параметров компенсации ионосферных искажений сигнала и оценки вероятности обнаружения воздушного объекта,  блоком формирования сигналов и помех, выполненным с возможностью формирования радиолокационной сигнальной информации, блоком обработки радиолокационных сигналов, выполненным с возможностью первичной обработки радиолокационной сигнальной информации, блоком траекторной обработки радиолокационной информации и классификации, реализующим обнаружение воздушного объекта и ее классификацию по признакам, блоком отображения моделируемой информации, блоком ведения и администрирования базы данных модели, преобразующий информацию для последующего воспроизведения и документирования в соответствии с выбранным интервалом, а также через блок базы данных, с блоком вскрытия и формирования регистрации информации, блоком отображения моделируемой информации,  блоком регистрации информации и блоком формирования выходной информации, при этом блок формирования сигналов и помех дополнительно последовательно соединен посредством интерфейсных линий связи с блоком обработки радиолокационных сигналов, блоком траекторной обработки информации и классификации и блоком базы данных.
При этом признаками классификации являются: взлёт, посадка, маневр, группирование, разделение, одиночная, групповая цель, оценка количественного состава групповой цели, гражданский воздушный объект, военный воздушный объект.
Сущность изобретения поясняется функциональной схемой ИМ ОРТУ ЗГО, представленной на фиг. 1.
На фиг.1 номерами позиций обозначены:
1 - блок управления работой имитационной модели (УИМ);
2 - блок ионосферного обеспечения функционирования модели (ИОФМ);
3 - блок формирования сигналов и помех (ФСП);
4 - блок обработки радиолокационных сигналов (ОРС);
5 - блок траекторной обработки и классификации ТОК;
6 - блок вскрытие и формирование разведывательной информации ВФРИ;
7 - блок отображение моделирующей информации ОМИ;
8 - блок ведения и администрирования базы данных модели (ВАБДМ);
9 - блок регистрации информации (РИ);
10 - блок формирования выходной информации (ФВИ);
11 - блок база данных БД.
Раскрытие сущности полезной модели
Согласно фиг. 1 ИМ ОРТУ ЗГО предназначена для имитации формирования и обработки радиолокационной информации о воздушных объектах (ВО), вскрытия и формирования разведывательной информации о действиях средств воздушного нападения и осуществляет следующие функции:
- имитацию отраженных сигналов от ВО в соответствии с пространственно-временной динамикой их движения, ВНЗ, а также преднамеренных и непреднамеренных активных помех;
- моделирование первичной обработки радиолокационных сигналов;
- моделирование траекторной обработки радиолокационной информации и классификации ВО;
- моделирование вскрытия и формирования разведывательной информации;
- моделирование формирования и выдачу траекторной и разведывательной информации потребителям в соответствии с протоколами обмена;
- регистрацию моделируемой информации;
- воспроизведение регистрируемой информации в реальном и нереальном масштабах времени;
- ведение и администрирование базы данных ПК ИМ ОРТУ ЗГО.
Назначение и функциональные особенности указанных 1-11 блоков заключаются в следующем.
Блок 1 УИМ  предназначен для управления работой взаимосвязанных блоков ИМ ОРТУ ЗГО и выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- взаимодействие с СПВИ СМБД по утверждённому протоколу взаимодействия,
- подготовки данных для запуска и непосредственно запуск ИМ ОРТУ ЗГО;
- имитации технического управления ИМ ОРТУ ЗГО;
- управления прогнозом боевых возможностей ИМ ОРТУ ЗГО;
- управления визуализацией процесса моделирования на каждом из этапов функционирования ИМ ОРТУ ЗГО.
Блок ИОФМ 2 предназначен для:
- моделирования пространственно-временного изменения ионосферной обстановки и её влияния на характеристики сигналов и помех;
- расчета параметров компенсации ионосферных искажений сигнала;
- оценки вероятности обнаружения ВО при различных состояниях ГФУ в зоне ответственности для выбора режима работы ИМ ОРТУ ЗГО.
Для этого блок ИОФМ 2 выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- расчёта параметров ионосферных слоёв в пределах зоны обзора ОРТУ ЗГО для текущих значений даты, времени суток и солнечной активности, а также расчёт профиля электронной концентрации в любой географической точке рабочего сектора зоны обзора ОРТУ ЗГО;
- прогноза боевых возможностей в зоне обзора ОРТУ ЗГО;
- оценки диапазонов оптимальных рабочих частот для заданных зон непрерывного контроля (ЗНК);
- определения коэффициентов пересчёта, азимутальной девиации, углов прихода сигнала для текущих ЗНК;
- расчёта характеристик для моделирования сигналов возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ) ЗНК на соответствующих им рабочих частотах;
- расчёта характеристик отражённого сигнала для трасс зондирования, включая групповой путь, фазовый путь, углы места, азимутальная девиация, затухание, ионосферный допплеровский сдвиг.
Блок ФСП 3 предназначен для формирования пространственно-временных характеристик распределения энергии сигналов, отраженных от имитируемых ВО и помеховых сигналов. Для этого он выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- формирования сигналов, отраженных от имитируемых ВО;
- формирования сигналов ВНЗ;
- моделирования сигнала активной непреднамеренной помехи;
- отображения рассчитанных комплексных амплитуд имитированного сигнала;
- отображения данных ионосферных модов, рассчитанных блоком ИОФМ 2.
Блок ОРС 4 предназначен для обработки сигнальной информации с целью выделения целевых отметок с последующей траекторией обработкой для обнаружения ВО, включая взлеты, полеты по маршрутам и посадки. Для этого он выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- приема сигнальной информации от блока ФСП 3,
- цифрового формирования диаграмм направленности в азимутальной плоскости - формирование веера лучей, перекрывающего активную ЗНК;
- когерентной компенсации активных помех, принимаемых по боковым лепесткам азимутальных лучей в ЗНК;
- формирования корреляционно-фильтрового поля (КФП) в ЗНК для двух каналов межпериодной обработки с разными периодами когерентного накопления;
- оценки параметров помехи;
- обнаружения и оценки параметров сигнальных отметок;
- выдачи результатов обработки КФП в блок ТОК 5.
Блок ТОК 5 предназначен для формирования траекторий и классификации обнаруженных ВО. Он выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- приема массива отметок от блока ОРС 4 и параметров режима работы ИМ ОРТУ ЗГО от блока УИМ 1,
- формирования траекторий полета ВО для принятия решений о режиме полета обнаруженных целей на основе обработки отметочной информации,
- определения принадлежности к территории, маршруту коммерческих полетов, специальным зонам барражирования, зонам' учебно-тренировочной деятельности (УТД),
- обнаружения фактов взлета/посадки ВО в зоне непрерывного контроля с определением типа и аэродрома взлета,
- классификации ВО на основе траекторией информации (ТИ),
- расчета и сглаживания динамических параметров траекторий ВО,
- передачи ТИ в БД.
Блок В ФРИ 6 предназначен для анализа поступающей с блока 5 информации, оценки количественных параметров действий ВО, обработки и автоматического вскрытия оперативных ситуаций (ОС). Он выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- чтения ТИ;
- оценки количественных параметров по ВО;
- анализа разведывательной информации (РИ) и вскрытия ОС;
- выдачи РИ в БД.
Блок ОМИ 7 предназначен для визуального контроля имитируемой пространственной динамики ВО, размещения ЗНК, формируемой РИ и другой информации на фоне цифровой карты местности. Он выполнен в виде монитора с клавишной панелью управления, манипулятором типа «мышь» и с возможностью:
- загрузки и отображения цифровой карты местности (ЦКМ);
- отображения зоны ответственности ОРТУ ЗГО;
- отображения ЗНК;
- отображения текущих боевых возможностей (ТБВ) ОРТУ ЗГО;
- отображения аэродромно-трассовой сети;
- отображения формуляров по аэродромам и ТБВ;
- отображения ТИ;
- отображения полного формуляра по ТИ;
- отображения вскрытой РИ;
- отображения полного формуляра по РИ;
- отображения информации о текущем положении указателя манипулятора типа «мышь» на экране монитора.
Блок ВАБДМ 8 предназначен для выполнения операций над базой данных (БД). Он выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- просмотра информации БД;
- редактирования информации БД;
- автоматизированного обновления информации из файлов БД;
- просмотра информации о работе сервера БД.
Блок РИ 9 предназначен для записи информации, поступающей в блок БД 11, в виде двоичного файла для последующего воспроизведения и документирования в соответствии с выбранным временным интервалом.
Он выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- визуализации регистрируемой информации;
- регистрации координатно-трассовой информации;
- регистрации РИ;
- выбора временного интервала для воспроизведения;
- документирования зарегистрированной информации для выбранного временного интервала.
Блок РИ 10 предназначен для сопряжения со средствами из состава СМБД в соответствии с протоколами функционального взаимодействия. Он выполнен в виде отдельного цифрового модуля с возможностью:
- отбора ВО,
- передачи ТИ и РИ на сопрягаемые средства.
Блок БД 11 предназначен для обеспечения работы ИМ ОРТУ ЗГО и выполнения стандартных операций над БД. Он выполнен в виде сервера с возможностью:
- построения модели обрабатываемых данных,
- начальной инициализации БД,
- архивирования БД,
- восстановления БД.
Осуществление изобретения
Работа ИМ ОРТУ ЗГО начинается с получения исходных данных от внешней системы проведения виртуальных испытаний системы моделирования боевых действий в централизованном режиме (на фигуре не показано) или от блока БД 11 - в автономном режиме работы модели.
В качестве исходных данных ИМ ОРТУ ЗГО используются:
- априорные данные о составе, размещении, основных технических характеристиках ВО военного назначения и способах их боевого применения;
- сценарии развития фоноцелевой обстановки;
- технические характеристики ОРТУ ЗГО при различных режимах работы;
- априорные статистические данные о сезонных и суточных изменениях солнечной и магнитной активности и состояния ионосферы для прогноза геофизических условий (ГФУ) функционирования ПК ИМ ОРТУ ЗГО;
- экспертные оценки характерных признаков изменения воздушной обстановки на различных стадиях подготовки и проведения воздушных операций;
- откалиброванная модель ионосферы.
Исходные данные в виде сценария развития фоно целевой обстановки поступают на блок ФСП 3. В блоке ФСП 3 в соответствии с пространственным положением каждого ВО и переданными значениями изменяемых параметров работы имитируемого ИМ ОРТУ ЗГО, формируется радиолокационная сигнальная информация по выходу многоканального приёмного устройства ИМ ОРТУ ЗГО. Радиолокационная сигнальная информация подается на блок ОРС 4, где производится первичная обработка, выходом которой являются отметки, классифицированные как сигнальные.
Результаты работы блока ОРС подаются на вход блока ТОК 5, где реализуется обнаружение ВО и их классификация по признакам: взлёт, посадка, маневр, группирование, разделение, одиночная, групповая цель, оценка количественного состава групповой цели, гражданский ВО, военный ВО.
Результаты работы блока ТОК записываются в блок БД 11. Блок БД 11 осуществляет обработку информации, считываемой с блока ТОК 5. Обработка заключается в оценке количественных параметров (признаков ОС) на заданных временных интервалах для каждой из ОС, с заданным интервалом сдвига по времени (скользящим окном). С использованием методов обработки нечеткой информации с заданной вероятностью формируются высказывания о вскрытии ОС с детализирующей информацией, т.е. осуществляется вскрытие и формирование РИ. Результаты работы блока ВФРИ 6 отображаются в блоке ОМИ 7 и записываются в блок БД 11.
Блок ВАБДМ 8 управляет работой блока БД 11. Блок РИ 9 обеспечивает преобразование информации, поступающей в блок БД 11 в двоичный файл для последующего воспроизведения и документирования в соответствии с выбранным временным интервалом. Блок ФВИ 10 считывает ТИ и РИ с блока БД 11 по мере её поступления, в соответствии с протоколами взаимодействия с потребителями осуществляет форматирование и выдачу с заданным темпом.
Промышленная применимость изобретения.
ИМ ОРТУ ЗГО разработана на уровне опытного образца. Испытание опытного образца ИМ ОРТУ ЗГО показали возможность решения поставленной задачи и достижение заявленного технического результата. При этом точность моделирования ФЦО повысилась не менее чем на 25 % за счет учета тонкой структуры ионосферы. Следствием этого явилось повышение точности измерения координат целей и оценки боевой эффективности ОРТУ ЗГО с использованием полезной модели.