Устройство распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения

Полезная модель относится к радиотехнике и, конкретно к системам контроля воздушного пространства, и может быть использована для распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения.
Известно устройство распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения [1], содержащее соединенные между собой интерфейсными линиями связи блок адаптации к геофизическим условиям, блок поиска рабочих каналов, блок обработки результатов работы блоков адаптации к геофизическим условиям и поиска рабочих каналов, блок формирования рекомендаций по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке.
Недостаток известного устройства заключается в низкой точности распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения, вызванной сложностью неавтоматизированной обработки оператором большого объема информации в условиях существенных временных ограничений. Эффективное распределение ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения заключается в выборе рационального количества и положения зон непрерывного контроля в границах зоны обзора с учетом геофизических условий на трассах локации, взаимного расположения станции загоризонтного обнаружения и объектов наблюдения, и относительной важности различных объектов наблюдения. В зоне обзора радиолокационной станции загоризонтного обнаружения могут находиться несколько сотен удаленных друг от друга объектов наблюдения (аэродромов, с которых предполагается обнаружить взлет самолета), при этом одновременное наблюдение в границах зоны обзора может осуществляется только в границах зон непрерывного контроля, размеры которых в 15-20 раз меньше по площади зоны обзора, а их максимальное количество ограничено конструктивными особенностями конкретной радиолокационной станции [1, 2].
Задачей полезной модели является устранение недостатка известного устройства, а именно повышение точности распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, является автоматизация процесса принятия решения по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения с учетом геофизических условий на трассах локации, взаимного расположения станции загоризонтного обнаружения и объектов наблюдения, и относительной важности различных объектов наблюдения.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что устройство распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения (фиг. 1), содержащее соединенные между собой интерфейсными линиями связи блок адаптации к геофизическим условиям 1, блок поиска рабочих каналов 2, блок обработки результатов работы блоков адаптации к геофизическим условиям и поиска рабочих каналов 3, блок формирования рекомендаций по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке 4, согласно полезной модели оно дополнительно содержит последовательно соединенные интерфейсными линиями связи блок автоматизированного расчета угла, характеризующего взаимное расположение станции загоризонтного обнаружения и направления взлетно-посадочной полосы аэродрома, с которого обнаруживается взлет самолета 5, блок автоматизированного расчета ожидаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала 6, блок автоматизированного расчета минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала 7, блок сравнения ожидаемой и минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала 8, выход которого соединен с первым входом блока формирования матрицы весов элементарных участков зоны обзора 10, второй вход которого соединен с выходом блока данных памяти о важности объектов наблюдения в зоне обзора станции загоризонтного обнаружения 9, выход блока формирования матрицы весов элементарных участков зоны обзора 10 соединен с первым входом блока оценки эффективности применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения на множестве альтернативных вариантов количества и положений зон непрерывного контроля 12, второй вход которого соединен с выходом блока формирования матриц весов элементарных участков зон непрерывного контроля 11, выход блока оценки эффективности применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения на множестве альтернативных вариантов количества и положений зон непрерывного контроля 12 соединен с входом блока выбора рационального варианта количества и положения зон непрерывного контроля 13, выход которого является выходом информации о рекомендуемом распределении ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения.
Дополнительное введение блоков 5-13 позволяет автоматизировать процесс принятия решения по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения, что в свою очередь позволяет решить поставленную задачу, а именно повысить точность распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения, поясняющая суть полезной модели.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - блок адаптации к геофизическим условиям;
2 - блок поиска рабочих каналов;
3 - блок обработки результатов работы блоков адаптации к геофизическим условиям и поиска рабочих каналов;
4 - блок формирования рекомендаций по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке;
5 - блок автоматизированного расчета угла, характеризующего взаимное расположение станции загоризонтного обнаружения и направление взлетно-посадочной полосы аэродрома, с которого обнаруживается взлет самолета;
6 - блок автоматизированного расчета ожидаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала;
7 - блок автоматизированного расчета минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала;
8 - блок сравнения ожидаемой и минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала;
9 - блок данных памяти о важности объектов наблюдения в зоне обзора станции загоризонтного обнаружения;
10 - блок формирования матрицы весов элементарных участков зоны обзора;
11 - блок формирования матриц весов элементарных участков зон непрерывного контроля;
12 - блок оценки эффективности применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения на множестве альтернативных вариантов количества и положений зон непрерывного контроля;
13 - блок выбора рационального варианта количества и положения зон непрерывного контроля.
Устройство распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения включает соединенные между собой интерфейсными линиями связи блок адаптации к геофизическим условиям 1, блок поиска рабочих каналов 2, блок обработки результатов работы блоков адаптации к геофизическим условиям и поиска рабочих каналов 3, блок формирования рекомендаций по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке 4, блок автоматизированного расчета угла, характеризующего взаимное расположение станции загоризонтного обнаружения и направления взлетно-посадочной полосы аэродрома, с которого обнаруживается взлет самолета 5, блок автоматизированного расчета ожидаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала 6, блок автоматизированного расчета минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала 7, блок сравнения ожидаемой и минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала 8, выход которого соединен с первым входом блока формирования матрицы весов элементарных участков зоны обзора 10, второй вход которого соединен с выходом блока данных памяти о важности объектов наблюдения в зоне обзора станции загоризонтного обнаружения 9, выход блока формирования матрицы весов элементарных участков зоны обзора 10 соединен с первым входом блока оценки эффективности применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения на множестве альтернативных вариантов количества и положений зон непрерывного контроля 12, второй вход которого соединен с выходом блока формирования матриц весов элементарных участков зон непрерывного контроля 11, выход блока оценки эффективности применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения на множестве альтернативных вариантов количества и положений зон непрерывного контроля 12 соединен с входом блока выбора рационального варианта количества и положения зон непрерывного контроля 13, выход которого является выходом информации о рекомендуемом распределении ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения.
Блок 1 предназначен для обработки информации о сигналах возвратно-наклонного зондирования ионосферы с целью определения диапазонов оптимальных рабочих частот станции загоризонтного обнаружения в изменяющейся геофизической обстановке. Блок 2 предназначен для обработки информации об электромагнитной обстановке в определенном блоком 1 диапазоне оптимальных рабочих частот. Блок 3 предназначен для обработки результатов работы блоков 1 и 2 с целью расчета вероятности правильного обнаружения самолетов при заданной вероятности ложных тревог в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке. Блок 4 предназначен для формирования рекомендаций по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке. Блок 5 предназначен для автоматизированного расчета угла, характеризующего взаимное расположение станции загоризонтного обнаружения и направления взлетно-посадочной полосы аэродрома, с которого обнаруживается взлет самолета. Блоки 6 и 7 предназначены соответственно для автоматизированного расчета ожидаемой и минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала на основании результатов работы блока 5. Блок 8 предназначен для сравнения ожидаемой и минимальной обнаруживаемой величины доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала. Результаты сравнения передаются в блок 10.Блок 9 предназначен для хранения данных о количественном значении важности объектов наблюдения в зоне обзора станции загоризонтного обнаружения. Блоки 10 и 11 предназначены соответственно для формирования матриц весов элементарных участков зоны обзора и зон непрерывного контроля станции загоризонтного обнаружения. Блок 12 предназначен для оценки эффективности применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения на множестве альтернативных вариантов количества и положений зон непрерывного контроля. Блок 13 предназначен для выбора рационального варианта количества и положения зон непрерывного контроля и формирования рекомендаций оператору по распределению ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения.
Блоки 1-13 выполнены в виде программно-технических модулей на плате расширения ПЭВМ с архитектурой типа Х86, установленной в пункте управления радиолокационной станцией загоризонтного обнаружения.
Работа устройства распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения состоит в следующем. Блок 1 принимает информацию о сигналах возвратно-наклонного зондирования ионосферы с целью определения диапазонов оптимальных рабочих частот станции загоризонтного обнаружения в изменяющейся геофизической обстановке. Определение диапазона оптимальных рабочих частот проводится по оценкам вероятности правильного обнаружения при фиксированной вероятности ложных тревог заданного типа объектов в элементарных участках зоны обзора станции.
В блоке 2 осуществляется обработка информации об электромагнитной обстановке в определенном блоком 1 диапазоне оптимальных рабочих частот. Обработка информации об электромагнитной обстановке заключается в формировании сглаженных по времени азимутально-частотных панорам активных помех, усредненных для заданных частотных полос в диапазоне оптимальных рабочих частот станции.
В блоке 3 осуществляется обработка результатов работы блоков 1 и 2 с целью расчета вероятности правильного обнаружения самолетов при заданной вероятности ложных тревог в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке.
Полученные результаты являются исходными данными для распределения в блоке 4 ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения в сложившейся геофизической и электромагнитной обстановке.
зс
В блоке 5 рассчитывается угол, характеризующий взаимное расположение станции загоризонтного обнаружения и направление взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэродрома. Исходными данными для оценки являются информация о географических координатах аэродромов базирования самолетов и направлениях их ВПП, координаты приемной позиции станции загоризонтного обнаружения, ожидаемая взлетная скорость самолетов с аэродромов базирования и рабочая частота зондирующего сигнала радиолокационной станции (F). Исходные данные вводятся оператором в блок 5.
рад
д
Далее в блоке 6 оценивается радиальная составляющая ожидаемой скорости взлета самолета с аэродрома базирования (V). Полученные значения позволяют оценить ожидаемую величину доплеровского сдвига частоты зондирующего сигнала (F):
где с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.
радmin
Минимальное обнаруживаемое доплеровское смещение частоты зондирующего сигнала оценивается в блоке 7 исходя из минимальной обнаруживаемой радиальной скорости самолета V:
д
дmin
дmin
В блоке 8происходит сравнение значений ожидаемого (F) и минимального (F) доплеровских смещений частоты зондирующего сигнала. В случае, если F больше F, то обнаружение взлета самолета с аэродрома возможно, иначе - нет.
В блоке 9 хранятся данные о значениях важности объектов наблюдения (аэродромов) в зоне обзора станции загоризонтного обнаружения. Важность каждого аэродрома характеризуется числом от 0 до 1 в зависимости от приоритетности наблюдения за ним для обнаружения взлета самолета. Чем приоритетнее объект наблюдения, тем выше значение этого параметра.
Формирование матрицы весов элементарных участков зоны обзора в блоке 10 производится следующим образом. Элементарный участок зоны обзора - это участок зоны обзора, ограниченный размером минимально возможного шага перестановки зоны непрерывного контроля по азимуту (ΔВ) и дальности (ΔD) соответственно. Минимальный шаг перестановки зависит от реализованного в станции алгоритма управления зонами непрерывного контроля и является характеристикой станции. В общем случае количество элементарных участков зоны обзора определяется выражениями:
где М - число элементарных участков зоны обзора по азимуту,
N - число элементарных участков зоны обзора по дальности,
В - размер зоны обзора по азимуту,
D - размер зоны обзора по дальности.
ЭУ_ЗО
Каждому элементарному участку присваивается вес (С), характеризующий значение этого участка при наблюдении за ним. Этот вес рассчитывается исходя из важности объекта наблюдения в его границах и возможностей станции по наблюдению за ним, объект наблюдения при этом считается точечным:
ОН
ОН_ЗО
где С - важность объекта наблюдения, С∈[0; 1],
ГФУ
ГФУ
Р - вероятность обнаружения самолета по геофизическим условиям, рассчитываемая в блоке 3,Р∈[0; 1]
д
K -параметр обнаружения по Доплеру, рассчитываемый в блоке 8,
д
д
дmin
д
K=1, при F>F иначе K=0.
Совокупность весов элементарных участков зоны обзора образуют матрицу, строки которой соответствуют возможным положениям зоны непрерывного контроля по дальности, а столбцы по азимуту.
В блоке 11 производится формирование матриц весов элементарных участков зон непрерывного контроля. Количество матриц зависит от количества формируемых зон непрерывного контроля, которое в свою очередь определяется возможностями конкретной станции загоризонтного обнаружения. Оператор управления режимами работы станции может задавать количество формируемых зон непрерывного контроля, при этом энергетический потенциал передающей системы пропорционально распределяется между формируемыми зонами контроля. Чем больше зон контроля, тем меньше энергетический потенциал каждой из них. Размер элементарного участка зоны непрерывного контроля определяется аналогично размеру элементарного участка зоны обзора:
где U - число элементарных участков зоны непрерывного контроля по азимуту,
V - число элементарных участков зоны непрерывного контроля по дальности,
ЗНК
В - размер зоны непрерывного контроля по азимуту,
ЗНК
D - размер зоны непрерывного контроля по дальности.
Вес каждого такого участка зависит от количества формируемых зон контроля и определяется отношением:
где  - количество формируемых зон контроля.  k - максимальное количество формируемых зон контроля.
Расчет проводится для k вариантов количества зон непрерывного контроля.
В блоке 12 производится оценка эффективности применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения на множестве альтернативных вариантов количества и положений зон непрерывного контроля.
Наблюдение за каждым из MxN элементарных участков зоны обзора характеризуется своим вкладом  в решаемую радиолокационной станцией задачу, а каждый из UxV элементарных участков зоны непрерывного контроля характеризуется весом . Количественно эффективность применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения при работе одной зоной непрерывного контроля будет характеризоваться значениями элементов матрицы (Y), содержащей результаты двумерной дискретной свертки матрицы весов элементарных участков зоны обзора (X) с матрицей весов элементарных участков зоны непрерывного контроля (Н):
Максимальная эффективность применения радиолокационной станции загоризонтного обнаружения в этом случае будет обеспечиваться таким положением зоны контроля в зоне обзора, которое соответствует положению максимального элемента в матрице Y. Значение этого элемента является количественной оценкой эффективности применения станции при рациональном положении зоны непрерывного контроля.
ЭУ_ЗО
При одновременной работе несколькими зонами непрерывного контроля в зоне обзора процедура оценки эффективности применения станции производится следующим образом. На первом этапе формируется матрица Y для одной зоны контроля, находится рациональное положение зоны контроля по положению максимального элемента матрицы и запоминается количественное значение эффективности применения станции для найденного положения  Далее, аналогично производится оценка для второй зоны непрерывного контроля, при этом, элементарным участкам зоны обзора, которые соответствуют найденному на первом этапе расчетов положению первой зоны контроля присваиваются нулевые значения важности (С), а элементарным участкам зон непрерывного контроля присваиваются веса в соответствии с количеством формируемых зон контроля. Запоминается количественное значение эффективности применения станции при найденном положении второй зоны контроля  и процедура повторяется для имеющего количества (k) зон непрерывного контроля.
Далее формируется массив из к оценок эффективности применения станции загоризонтного обнаружения, элементы которого характеризуют k вариантов количества зон контроля. Оценка  варианта количества  образуется суммой оценок эффективности всех зон непрерывного контроля рассматриваемого варианта:
Результатом работы блока 12 является множество оценок эффективности применения станции загоризонтного обнаружения, характеризующее возможные варианты количества формируемых зон непрерывного контроля при рациональном их положении в каждом варианте.
В блоке 13 производится выбор рационального варианта количества и положения зон непрерывного контроля. Критерием выбора является максимальное значение показателя эффективности, рассчитываемого в блоке 12. Результатом работы блока является информация о рекомендуемом варианте распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения, включающая рациональные количество зон непрерывного контроля и положения каждой из них в границах зоны обзора с учетом геофизических условий на трассах локации, взаимного расположения станции загоризонтного обнаружения и объектов наблюдения, и относительной важности различных объектов наблюдения.
Полезная модель разработана на уровне математической модели и программы для ЭВМ. Результаты испытаний модели показали повышение точности распределения ресурса радиолокационной станции загоризонтного обнаружения по объектам наблюдения на10-12%.
Источники, принятые во внимание при составлении описания и формулы полезной модели:
1. Введение в проектирование ионосферных загоризонтных радиолокаторов/ В.Ф. Акимов, Ю.К. Калинин. - М.: ОАО «НПК «НИИДАР», 2017.
2. Джузеппе А. Фабрицио Высокочастотный радар: основополагающие принципы, обработка сигналов и практическое применение. Перевод с английского под редакцией д.т.н., д.э.н, проф. С.Ф. Боева, Москва. Техносфера, 2016.