НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к научно-исследовательским моделям с использованием цифровой вычислительной техники, конкретно к научно-исследовательским моделям для оценки показателей эффективности радиоэлектронных систем (РЭС).
Известна научно-исследовательская модель [RU 2009141308, публ. 2010.02.10], содержащая комплекс моделей для оценки эффективности мировой стратегической стабильности на основе баланса стратегических наступательных и оборонительных вооружений, включая РЭС их информационного и радиолокационного обеспечения, соединенных с интерфейсом моделирующего комплекса и блоком памяти исходных данных и результатов моделирования.
Недостатком известной научно-исследовательской модели является ее обобщенный характер без привязки к техническим параметрам РЭС и другой военной техники, снижающих достоверность результатов моделирования.
Известны научно-исследовательские модели [RU 99114299, 2001.04.10; 2003112587, 2004.12.20], содержащие комплекс моделей для количественной оценки эффективности восстановления РЭС и другой военной техники в общевойсковом бою, соединенный с интерфейсом моделирующего комплекса и блоком памяти исходных данных и результатов моделирования.
Недостатком известных научно-исследовательских моделей является пригодность использования результатов моделирования только для ремонтных работ на технике, пополнения ее боезапаса и ЗИП (комплекта запасных частей).
Известны научно-исследовательские модели [RU 30205, 2003.06.20; 29598, 2003.05.20; 24886, 2002.08.27], содержащие комплекс моделей для оценки показателей эффективности ракетно-артиллерийского вооружения и его информационных РЭС, соединенный с интерфейсом моделирующего комплекса и блоком памяти исходных данных и результатов моделирования.
Общим недостатком известных моделей является трудность [Справочник по основам радиолокационной техники». М:, Воениздат, 1967, с.469-524] оценки показателей эффективности информационных радиоэлектронных средств (радиолокаторов, средств радиосвязи) противовоздушной обороны (ПВО) в условиях применения противником противорадиолокационных ракет (ПРР), самонаводящихся на электромагнитное излучение радиоэлектронных систем (РЭС).
В связи с этим желательно создание научно-исследовательской модели для оценки показателей эффективности радиоэлектронных систем (РЭС) в условиях применения противником ПРР с головками самонаведения (ГСН), а обороной - отвлекающих радиоизлучающих мишеней.
Таких моделей в известном уровне техники не выявлено.
Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение надежности оценки показателей эффективности РЭС в условиях применения противником противорадиолокационных ракет.
Достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что научно-исследовательская модель для оценки показателей эффективности радиоэлектронных систем согласно полезной модели содержит соединенные между собой цифровыми линиями связи интерфейс моделирующего комплекса, модель контура дальнего наведения противорадиолокационных ракет, модель контура самонаведения противорадиолокационных ракет, модель оценки степени поражения радиоэлектронной системы поражающими факторами осколочно-фугасной боевой части противорадиолокационной ракеты и блок памяти исходных данных и результатов моделирования.
При этом интерфейс моделирующего комплекса содержит процессор, оперативное запоминающее устройство, перепрограммируемое запоминающее устройство с программой управления комплексом моделей, вводно-выводное устройство и дисплей с мнемонической панелью управления. Модель контура дальнего наведения противорадиолокационных ракет содержит комплекс цифровых блоков имитации составных частей электронной и кинематической аппаратуры ракеты, установленных на общей шине сопряжения и соединенных по сигналам коммутации соединений модулей и последовательности обработки сигналов с интерфейсом моделирующего комплекса в режиме имитации командного управления ракетой с борта самолета-носителя. Модель самонаведения противорадиолокационных ракет содержит комплекс цифровых блоков имитации составных частей электронной и кинематической аппаратуры ракеты и комплекс блоков имитации активных помех самонаведению ракеты, установленных на общей шине сопряжения и соединенных по сигналам коммутации соединений модулей и последовательности обработки сигналов с интерфейсом моделирующего комплекса в режиме имитации самонаведения противорадиолокационных ракет на конечном участке их траектории движения. Модель оценки степени поражения радиоэлектронной системы поражающими факторами осколочно-фугасной боевой части противорадиолокационной ракеты содержит комплекс цифровых модулей для расчета вероятности фугасного и/или осколочного поражения радиоэлектронной системы, установленных на общей шине сопряжения и соединенных по сигналам управления расчетом и выводом результатов вычислений с интерфейсом моделирующего комплекса.
Предложенное исполнение научно-исследовательской модели позволяет проводить оценку показателей эффективности РЭС в условиях применения противником ПРР, оснащенных ГСН и осколочно-фугасными боевыми частями (ОФБЧ). Результатом этой оценки является повышение надежности оценки показателей эффективности РЭС в условиях активного радиопротиводействия ПРР. Следствием этого является повышение надежности оценки радиолокационного обеспечения противовоздушной обороны объектов гражданского и военного назначения, а также возможность определения рационального размещения средств радиопротиводействия и режимов их работы по критерию минимального значения вероятности поражения РЭС.
На фиг.1 представлена функциональная схема научно-исследовательской модели для оценки эффективности РЭС в условиях применения противником противорадиолокационных ракет (ПРР) с осколочно-фугасными боевыми частями (ОФБЧ); на фиг.2 и фиг.3 - имитационная модель приемника ГСН ПРР с суммарно-разностным дискриминатором и с фазовым угловым дискриминатором соответственно; на фиг.4 - фиг.5 - соответственно начало и продолжение обобщенной блок-схемы алгоритма модели 4 контура дальнего наведения ПРР по командам управления ПРР с борта самолета - носителя (режим командного управления); на фиг.6 - структура модели 5 самонаведения ПРР (под управлением ГСН); на фиг.7 - обобщенный алгоритм логической обработки сигналов в блоке 5.11 модели 5; на фиг.8 - пример выбора в алгоритме (фиг.7) значения ограничения углового строба по каналу тангажа; на фиг.9 - алгоритм включения поискового строба ГСН при потере сигналов атакуемой РЛС; на фиг.10а и фиг.10б - процедура установки адаптивного порога обнаружения сигнала в приемнике (ПР) ГСН относительно среднего и максимального его значения соответственно; на фиг.11 -. алгоритм кластеризации и обработки сигналов буферного запоминающего устройства (ЗУ), представленного на фиг.7; на фиг.12 - алгоритм имитации сигналов в ПР ГСН; на фиг.13 - алгоритм работы двух контурного полосового фильтра ПР ГСН, представленного на фиг.3; на фиг.14 - алгоритм формирования сигналов ошибок на выходе дискриминаторов ГСН по углам и несущей частоте; на фиг.15 - алгоритм расчета в модели 6 вероятности поражения РЛС осколочно-фугасной боевой частью (ОФБЧ) ПРР, на фиг.16 - алгоритм перехода РЛС к очередному шагу к обзора пространства.
Научно-исследовательская модель для оценки показателей эффективности РЭС содержит соединенные между собой цифровыми линиями связи интерфейс 1 моделирующего комплекса, комплекс 2 моделей для оценки показателей эффективности защиты РЭС от ПРР и блок 3 памяти исходных данных и результатов моделирования. Интерфейс 1 моделирующего комплекса выполнен на базе персональной ЭВМ с оконным интерфейсом стандарта Windows и содержит процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), перепрограммируемое запоминающее устройство (ППЗУ), вводно-выводное устройство (ВВУ), дисплей с встроенной мнемонической панелью управления, а также съемную память с набором программ экспериментального моделирования и оценки результатов экспериментов (на фигурах не показано). Программы выполнены с возможностью поочередного вывода графических данных или выборочно в соответствии с потребностями исследователя. Вызов необходимых параметров осуществляется по вызову соответствующих кнопок интерфейса и мнемосхем на дисплее. Комплекс 2 моделей включает модель 4 контура дальнего наведения ПРР до включения их ГСН, модель 5 самонаведения ПРР после включения их ГСН, модель 6 оценки степени поражения РЭС поражающими факторами осколочно-фугасной боевой части (ОФБЧ) противорадиолокационной ракеты (ПРР). Модель 4 контура дальнего наведения ПРР содержит комплекс цифровых блоков имитации составных частей электронной и кинематической аппаратуры ракеты, установленных на общей шине сопряжения и соединенных по сигналам коммутации соединений модулей и последовательности обработки сигналов с интерфейсом моделирующего комплекса в режиме имитации командного управления ракетой с борта самолета-носителя. Модель 5 самонаведения противорадиолокационных ракет содержит комплекс цифровых блоков имитации составных частей электронной и кинематической аппаратуры ракеты и комплекс блоков имитации активных помех самонаведению ракеты, установленных на общей шине сопряжения и соединенных по сигналам коммутации соединений модулей и последовательности обработки сигналов с интерфейсом моделирующего комплекса в режиме имитации самонаведения противорадиолокационных ракет на конечном участке их траектории движения. Модель 6 оценки степени поражения радиоэлектронной системы поражающими факторами осколочно-фугасной боевой части противорадиолокационной ракеты содержит комплекс цифровых модулей для расчета вероятности фугасного и/или осколочного поражения радиоэлектронной системы, установленных на общей шине сопряжения и соединенных по сигналам управления расчетом и выводом результатов вычислений с интерфейсом моделирующего комплекса.
ц
ц
ц
p
r
ф
r
макс
Х
max
При построении моделей 4 и 5 учтены две особенности. На начальном этапе (до включения ГСН ПРР) в модели 4 моделируется выведение ПРР в заданную точку в соответствии с выбранным рубежом пуска и начальными углами пуска без захода самолета-носителя ПРР в зону поражения средств противовоздушной обороны (ПВО). На данном этапе контуру наведения модели 4 принадлежит наиболее решающая роль в решении задачи захвата ГСН ПРР радиоизлучающей радиоэлектронной системы (РЭС) объекта обороны. На конечном этапе (модель 5) имеет место практически постоянная скорость полета ракеты и малые возмущения, воздействующие на ПРР. При этом траектория полета ракеты близка к линейной и пролонгация ее траектории движения может быть решена методами линейного программирования. Для повышения точности пролонгации траектории полета ракеты при отсутствии сигнала на входе ГСН (радиомолчание РЭС) в модели 5 производится учет ошибок работы системы стабилизации полета. Учет ошибок производится на основе моделирования частотного рассогласования сигналов близкорасположенных (к частоте молчащего РЭС) отвлекающих источников электромагнитного излучения (активных мишеней) при независимой их генерации. Модель 5 выполнена с возможностью имитации рандомизированного "пропуска" сигнала РЭС в нескольких циклах приема (среднее количество пропусков может задаваться). Модель 6 выполнена с возможностью моделирования эффекта подрыва ОФБЧ ПРР на позиции РЭС, состоящей из многих излучающих элементов (радиолокационная система, средства связи, источники электропитания, соединительные кабели), распределенных на местности. Для этого в блоке 3 памяти исходных данных введена карта местности и конкретное моделируемое размещение РЭС и ее элементов на ней. Наиболее важным элементом заявленной научно-исследовательской модели является радиотехнический тракт ГСН ПРР, включающий блок логической обработки принимаемых сигналов. В этой связи в моделях 4 и 5 использован метод прямого имитационного моделирования радиотехнического тракта (фиг.2 и фиг.3) приемника ГСН ПРР типа «Шрайк» [«Уничтожение радиолокационных средств» в кн. Справочник по основам радиолокационной техники». М:, Воениздат, 1967, с.509-510] с разбиением процесса моделирования на входе антенных систем на дискретные отсчеты. Блок 3 памяти кроме карты местности и конкретного размещения РЭС и ее элементов на местности содержит: данные о степени защиты РЭС и ее элементов от осколочно-фугасного воздействия в зависимости от дальности до точки взрыва ОФБЧ, мощности ее заряда и направления разлета осколков; текущие значения углов атаки ПРР; текущие значения углов тангажа ε и крена β на выходе углового дискриминатора и блока логической обработки сигнала; отношения сигнал/шум на входе приемника (ПР) ГСН ПРР; уровень измеряемого сигнала (уровень АРУ); уровень боковых лепестков РЭС в направлении на ПРР. Ниже раскрыто содержание алгоритмов и формализация моделей 4÷6. Обобщенная блок-схема алгоритма модели 4 представлена на фиг.4 (начало)÷фиг.5 (продолжение). Моделирование выполнено в прямоугольной системе координат, связанной с точкой стояния объекта прицеливания (РЭС), ось О'Х', которой направлена на "север", ось O'Y' вертикально вверх, ось O'Z' - образует правую тройку. Основными входными характеристиками модели 4 являются данные по: количеству реализаций (Np); параметрам пуска ПРР (координатам пуска х, у, z; начальной скорости V; углам (θ, φ); координатам цели (х, у, z); коэффициенту навигации автопилота (АП) (N); располагаемому ускорению (Wp); постоянным времени АП (t), ГСН (t), фильтра АП (t); коэффициентам усиления АП (к), ГСН (к); коэффициенту демпфирования АП (ξ); максимальной угловой скорости отслеживаемой ГСН (Ω); максимальной тяге двигательной установки (Т) и ее изменению во времени; массе (m) и ее расходу; аэродинамическому коэффициенту (С(М)), зависящему от параметров атмосферы; максимальному углу поля зрения ГСН (ζ) и др. Основными выходными данными являются: время полета по траектории (t); координаты точки падения (х, z); скорость ПРР (V) при встрече с целью (землей); значение углов (θ, ϕ) при встрече с целью (землей); значение промахов по координатам (Δх, Δу); значения МОЖ (mx, mz) и СКО промахов (σх, σz); и др. Согласно фиг.4 алгоритм модели 4 включает блок 4.1 ввода исходных данных, необходимых для организации процесса моделирования, в число которых включены: ошибки наведения ПРР; количество реализаций при моделировании, необходимых для набора статистики (в случае одной реализации рассчитывается номинальная траектория); параметры пуска ПРР (координаты пуска, начальная скорость и углы); координаты точки наведения. Остальные данные по характеристикам ПРР и ее систем (блок 4.2) задаются неизменными в процессе моделирования (допуская изменения при новой компиляции программы). Блок 4.3 предназначен для расчета параметров на шаге интегрирования (текущих координат, углов). Уравнения кинематики (блок 4.4), связывающие ПРР с наземным объектом, формализованы следующим образом.
ц
ц
ц
Пусть х, у, z - координаты наземного атакуемого объекта. Тогда расстояния D и их производные между ПРР и наземным объектам по соответствующим координатам запишутся в виде
x
ц
y
ц
z
ц
D=х-х; D=у-у; D=z-z;
x
ц
y
ц
z
ц
Ḋ=ẋ-ẋ; Ḋ=ẏ-ẏ; Ḋ=ż-ż;
;
Для математического описания работы ГСН введем некоторые обозначения.
ε, β - угол места и азимут наземного объекта;
Δε, Δβ - рассогласование параметров на входе ГСН по каналам;
- рассогласование на выходе поля зрения ГСН;
- угловая скорость на выходе фильтра ГСН;
- угловая скорость на выходе ГСН;
r
r
k, Т - коэффициент усиления и постоянная времени ГСН;
max
Ω - максимальная угловая скорость, отслеживаемая ГСН.
Рассогласование параметров на входе ГСН (блок 4.5)по каналам азимута (β) и угла места (ε) определяется по выражениям:
*
*
ГСН
ГСН
Δε=ε-ε ; Δβ=β-β ; ;
при Δ<0,0173рад ;
при Δ<0,0262 рад .
Рассогласования на выходе поля зрения ГСН при 0,0173<Δ<0,0262 определяются
;
;
Угловая скорость на выходе фильтра ГСН по каналам рассчитывается
;
Угловая скорость, отслеживаемая ГСН, определяется как
;
При
При
Сигнал на выходе ГСН ПРР по двум каналам имеет вид:
,
сл
где σ - СКО случайных возмущений, которое подбирается исходя из известных значений промаха (единицы м).
Автопилот (блок 4.6) представлен уравнениями:
В
Г
где λ и λ - сигналы на выходе фильтра АП.
Уравнения движения ракеты (блок 4.7) записываются следующим образом:
;
;
;
угол θ отсчитывается в вертикальной плоскости от горизонтальной проекции вектора скорости против часовой стрелки;
угол φ - в горизонтальной плоскости от оси Ох против часовой стрелки.
Уравнение скорости V для ракеты записывается в виде:
Кроме того, уравнения движения дополняются уравнениями:
где k, Т, ξ - коэффициенты усиления, постоянная времени и коэффициент демпфирования ракеты с автопилотом. Ускорения ПРР по каналам определяются согласно выражений:
;
Уравнение пеленга имеет вид:
max
B
Г
При η>η выходной сигнал с ГСН равен нулю, т.е. U=0, U=0.
В алгоритме (блок 4.8) модели 4 предусмотрен вывод необходимых промежуточных результатов и после проверки условий равенства нулю высоты цели (блок 4.9) и выхода из цикла по количеству реализаций (блок 4.10), производится статистическая обработка информации (блок 4.11) и вывод необходимых результатов (блок 4.12).
Оценка точности наведения ПРР на объект проводится по следующим формулам:
i
i
ц
i
i
ц
i
Δx=x-x, Δz=z-z промах по координатам при y=0 в i-ой реализации;
;  - МОЖ по координатам;
- СКО по координатам;
- общий промах
- МОЖ результирующее
- СКО
n - число реализаций.
В описанной реализации и при введении требуемых исходных данных по характеристикам ПРР модель 4 позволяет получать: значение времени полета ПРР по траектории для различных начальных условий сброса ПРР; координаты траектории полета ПРР в трех плоскостях в зависимости от выбранных начальных условий сброса ПРР через заданные промежутки времени; зависимость изменения дальности между целью и ПРР от времени для различных условий сброса ПРР; временной профиль скорости полета ПРР по траектории в зависимости от начальных условий сброса; данные по динамике траекторных изменений тяги и массы ПРР в зависимости от времени при различных условиях сброса ПРР; зависимости изменений угловых характеристик ПРР в процессе полета по траектории с течением времени для различных условий сброса ПРР; значения промахов, МОЖ и СКО промахов для различных условий сброса ПРР; проводить исследования по поиску оптимальных условий сброса ПРР при различных характеристиках его ГСН и программ наведения на цель.
Структура расчетной части модели 5 полета ПРР в режиме самонаведения приведена на фиг.6. Содержание цифровых блоков 5.1÷5.15 модели 5, кроме блока 5.11 логической обработки сигналов в приемнике (ПР) ГСН, ясно из названия этих блоков (фиг.6) и трудностей для их реализации не представляет. Поэтому для сокращения объема описания научной модели подробно раскрыт только блок 5.11 логической обработки сигналов Принцип работы этого блока состоит в селекции параметров каждого приходящего импульса (попадающего в заданный временной строб) - значений углов, уровня амплитуды по принципу непревышения рассогласования измеренных параметров допустимых величин. В случае выполнения требований по совокупности признаков осуществляется передача измеренных угловых параметров из буферного запоминающего устройства (ЗУ) в контур управления полетом ПРР. В противном случае выдачи информации не происходит (контур работает в режиме пролонгации траектории). Структура блока 5.11 логической обработки представлена на фиг.7. Система его стробирования устроена следующим образом. Если сигнал разрешения на считывание информации из буферного ЗУ не проходит, то осуществляется изменение параметра δА (в сторону увеличения). Процедура выбора значения ограничения углового строба (в качестве примера рассмотрен канал тангажа) представлена на фиг.8. Согласно фиг.8 при потере сигналов атакуемого РЭС осуществляется процедура (фиг.9) включения поискового строба (режима первичного обнаружения сигнала). Здесь (фиг.9) использованы следующие обозначения: РоrОn - порог включения "строба", PorOff - порог выключения "строба", acel - отношение сигнал РЭС - внутренний шум приемника ПР ГСН, bpoml - отношение сигнал КРТ3 - внутренний шум приемника ПР ГСН, bpom4 - отношение сигнал выносного источника излучения (ВИИ) - внутренний шум приемника ПР ГСН. Фиг.10(a) иллюстрирует алгоритм установки адаптивного порога обнаружения сигнала, а фиг.10(б) - установку порога относительно измеренного максимума сигнала атакуемого РЭС.
Алгоритм кластеризации и обработки содержимого буферного ЗУ (фиг.7) представлен на фиг.11. В данном алгоритме использованы следующие обозначения:
D - дальность (км) до РЭС;
limp - число импульсов, находящихся в буферном ЗУ;
δε, δβ - размеры угловых стробов, в которых может находиться сигнал;
δε* - размер кластера (используется на конечном участке траектории);
Ui - уровень АРУ i-гo сигнала (отношение сигнал-шум в дБ).
1
Имитация работы радиоканала ПР ГСН в модели 5 как и в модели 4 использует метод прямого имитационного моделирования радиотехнического тракта (фиг.2 и фиг.3) с суммарно-разностным дискриминатором и с фазовым угловым дискриминатором приемника ГСН ПРР соответственно. Имитация работы АРУ в этих моделях осуществляется путем нормировки сигнала на выходе фазовых детекторов по сигналу суммарного канала (каналов). В моделях (фиг.2÷фиг.3) предусмотрена частотная настройка полосовых фильтров в каналах дискриминатора. Подыгрыш работы антенных систем, построенных по принципу фазового или амплитудного измерения угла прихода сигналов осуществляется процедурами diaRupor и diaAmplPel. Алгоритмическая часть радиоканала ПР ГСН позволяет осуществить моделирование следующих типов угловых дискриминаторов: фазового суммарно-разностного (файл FAZPEL_sum_razn.mcd), фазово-фазового (файл FAZ_faz_pel.mcd) и амплитудного суммарно-разностного (файл AmplPEL_sum_razn.mcd). Моделирование сигналов в приемном тракте ГСН осуществляется следующим образом. Задается (рассчитывается) амплитуда сигнала (А). Задается интервал дискретизации τd (мкс) и максимальное число дискрет рассматриваемого процесса - Imax. "Запаздывание" сигнала относительно некоторой временной точки в каждом цикле приема информации задается с помощью параметра t (мкс), а длительность импульса - значением Δτ (мкс). Таким образом, модулирующий множитель qs сигнала рассчитывается с помощью алгоритма фиг.12. Далее осуществляется введение фазового множителя:
1
*
s(t,t,A,Δτ,F,Ф)=qs(Δτ,A,t,t1)exp(j(2πF(t-t1)+Ф,
где F - частота рассогласования несущей сигнала и частотой гетеродина;
Ф - фаза сигнала.
Таким образом, результирующий сигнал на входе антенны (фиг.2÷фиг.3) будет складываться из суммы всех приходящих сигналов s(…) с соответствующими параметрами. При необходимости учета пологости фронтов импульсов каждый импульс может быть пропущен через соответствующий фильтр. Для этого в моделях радиотехнического тракта ПР ГСН использован алгоритм (фиг.13) работы двухконтурного полосового фильтра. Алгоритм формирования импульсов записи сигналов представлен на фиг.14. Формирование импульсов записи происходит при превышении уровня сигнала в суммарном канале заданного порогового значения. Результаты моделирования полета ПРР на дальнем (модель 4) и ближнем (модель 5) этапе наведения накапливаются в блоке 3 памяти для оценки вероятности поражения РЭС и ее элементов в модели 6. Модель 6 является самостоятельным элементом комплекса 2 моделей и предназначена для оценки степени поражения группового объекта (РЭС и его элементов) поражающими факторами ОФБЧ ПРР в условиях радиопротиводействия с помощью выносных источников излучений (ВИИ), используемых в качестве ложных целей (мишеней). В качестве исходных данных по БЧ в модели 6 используются: масса БЧ, кг; масса взрывчатого вещества, кг; средняя масса одного осколка, г; плотность материала осколка, кг/м3; среднее количество осколков в БЧ, шт; средний диаметр осколка, мм; угол разлета осколков, град; начальная скорость разлета осколков, м/с.
х
Y
Z
В качестве исходных данных по поражаемым групповым объектам (совокупностям отдельных малоразмерных объектов РЭС) используются следующие: габаритные размеры кабин (высота, длина, ширина), м; размещение каждого объекта на позиции относительно условного центра - X, Y, м; угол ориентации кабины объекта относительно направления на север, град; толщина стенок кабины РЭС, мм; плотность (вязкость) материала стенок кабин, кг/м3; критерий поражения каждого объекта. Результатами оценки степени поражения группового объекта являются: вероятность поражения (вывода из строя) каждого из объектов позиции за счет осколочного и фугасного компонентов; имитация реализации подрыва БЧ на позиции. Модель позволяет провести оценку поражения ПРР единичного объекта или группы объектов при подрыве ее осколочно-фугасной боевой части (ОФБЧ). В модели 6 имитируются два типа взрыва: воздушный и наземный. При этом рассчитываются осколочное и фугасное поражения, проводятся оценки соответствующих им вероятностей, а также общая (суммарная) вероятность поражения объекта РЭС. Оценка вероятности осколочного поражения РЭС основана на детальном анализе трехмерного распределения поля осколков по поверхности поражаемого объекта и на исследовании поражающих свойств осколков. Оценка вероятности фугасного поражения проводится на основе исследования энергетики взрывной волны, в том числе - закономерностей распространения ударных волн в приземной атмосфере. Основу алгоритма оценки вероятности осколочного поражения составляет формирование совокупности траекторий осколков в соответствии с заданным законом пространственного распределения, выявление попадания осколка в одну из граней объекта и проверка его убойности. При расчете вероятности фугасного поражения объекта используется известная формула Садовского. [М.А.Садовский. Простейшие приемы определения сейсмической опасности массовых взрывов, М.-Л., 1946]. За центр системы координат принята отвлеченная точка, положительное направление оси 0 совпадает с направлением на восток, оси 0 - на юг, ось 0 перпендикулярна плоскости X0Y. Все центры объектов, заданные относительно этой системы координат, совпадают с центрами нижних граней объектов. В зависимости от координат точки подрыва боевой части, углов подлета ПРР и угла разлета осколков ОФБЧ определяются попадающие под обстрел грани объекта ("видимые" грани), а также эффективные площади "видимых" граней, т.е. площади, накрытые полем осколков. Вероятность осколочного поражения определяется общим количеством "убойных" осколков, попадающих в объект. "Убойная сила" осколка зависит от скорости полета осколка, угла подлета, удаленности объекта от центра подрыва, а также прочности материала, из которого изготовлены рассматриваемые объекты. Все эти характеристики учтены при расчете вероятности поражения. Оценка поражения объекта дается с учетом коэффициента уязвимости каждого элемента, входящего в состав объекта. Функциональная схема модели 6 приведена на фиг.15. В модели 6 предусмотрен расчет вероятности поражения при использовании инженерного оборудования позиции, индивидуальной защиты объектов (бронирование, маскировка и т.д.). Оцениваемые показатели: вероятность осколочного поражения; вероятность фугасного поражения; общая вероятность поражения объекта; общая вероятность поражения объекта при групповом налете ПРР. Допущения, принятые при моделировании: Распределение осколков в секторе разлета принято равномерным. Каждому осколку присваиваются усредненные массогабаритные и скоростные характеристики, определяемые типом боевой части. Преграда представлена интегрированной стенкой (толщина стенок отдельных элементов объекта суммируется). Объекты поражения представлены в виде параллелепипедов с габаритными размерами исследуемых образцов вооружения. Входными данными модели являются следующие параметры: координаты объекта; линейные размеры объекта; характеристики материала преграды; тип ПРР; координаты точки подрыва ОФБЧ; углы подлета ПРР; количество осколков, масса взрывчатого вещества; сектор разлета осколков; начальная скорость осколка; вид взрыва(воздушный, наземный); предельное избыточное давление во фронте ударной волны. С учетом взаимного расположения точки подрыва и рассматриваемого объекта определяются видимые грани элементов объекта, т.е. грани на которые попадает поток осколков. Далее, с учетом углов встречи, рассчитанных для каждой видимой грани, вычисляется эффективная площадь элемента, т.е. площадь, учитываемая при оценке вероятности попадания осколков в элемент объекта. Этот подход последовательно применен в модели 6 ко всем граням объекта (РЭС), которые подвергаются обстрелу для оценки количества убойных осколков, попадающих в каждый элемент РЭС. Ниже по тексту под «пластиной» подразумевается одна из граней объекта, моделируемого совокупностью параллелепипедов. Необходимым условием поражения является наличие у осколков, долетающих до пластины, достаточной энергетики для разрушения преграды, т.е. убойных качеств. Критерием убойности является превышение скорости осколка Vock порогового значения Vyб в момент его столкновения с пластиной (Vock≥Vyб).
Скорость осколка на расстоянии R от точки подрыва оценивается выражением:
0
в
0
Vock(R)=V.ехр[-ρ. R/(ρ.d)],
0
где V - начальная скорость осколка в точке подрыва;
в
ρ - плотность воздуха;
0
ρ - плотность осколка;
R - расстояние от точки подрыва до центра пластины;
d - эффективный диаметр осколка.
Пороговое значение скорости Vyб определяется формулой:
,
где Θ - минимальный угол между внешним перпендикуляром к центру пластины и направлением полета осколка;
h - толщина пластины;
σ - предел текучести материала пластины;
ρм- плотность материала пластины.
Плотность потока осколков (p1) на расстоянии R от точки подрыва определяется выражением:
,
где N- количество осколков, формируемых при подрыве боевой части;
α - угол при вершине сектора разлета осколков.
1
Количество осколков СЕ, попадающих в пластину, равно СЕ=ρ(R).Sэф,
где Sэф - часть площади пластины, попадающая в сектор разлета осколков;
R - расстояние от точки подрыва до центра пластины.
Вероятность осколочного поражения пластины оценивается по формуле:
Роcк=1-ехр(-СЕ).
Основной характеристикой воздушной ударной волны возникающей при подрыве фугасной части ПРР является избыточное давление воздуха. Оценка вероятности фугасного поражения может быть основана на сопоставлении давления при подрыве ОФ БЧ ПРР либо с давлением необходимым для опрокидывания РЭС, либо с давлением, приводящим к разрушению РЭС. Избыточное давление ΔPф, возникающее в эпицентре взрыва, определяемое по формуле Садовского [М.А.Садовский. Простейшие приемы определения сейсмической опасности массовых взрывов, М.-Л., 1946; Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. М:, Наука., 1969]
,
где q - масса заряда;
R - расстояние от центра взрыва до грани объекта;
А, В, С - заданные коэффициенты, характеризующие тип взрыва (наземный или воздушный).
Вероятность осколочно-фугасного поражения j-oгo элемента i-oгo объекта определяется по формуле
Pij=1-(1-Роск ij).(1-Рфуг ij).
Решение о поражении j-oгo элемента на k-ой реализации может приниматься по результатам случайного розыгрыша события поражения. В этом случае с помощью стандартного механизма получаем число А из интервала [0,1]. Если оно меньше рассчитанной аналитически вероятности поражения, то принимается решение о том, что событие произошло, то есть j-й элемент в k-ой реализации поражен и величине ξ присваивается 1, в противном случае 0. Такой розыгрыш проводится для всех N-реализаций, причем, в каждом случае Pijk рассчитана по исходным данным k-ой реализации. Вероятность поражения j-го элемента по N-реализациям определяется по формуле
,
где:
ξk - величина, характеризующая результат розыгрыша и принимающая одно из значений 0 или 1;
- сумма единичных исходов розыгрыша по N - реализациям;
N - количество реализаций.
Таким методом определяется вероятность поражения поэлементно для каждого объекта РЭС. При этом учитываются "болевые точки", даже единичное попадание в которые, полностью выводят объект из строя (например, кабель питания) и "точки нечувствительности", множественные попадания, которые не приводят к снижению боевой эффективности на каком-то этапе боя (например, опоры, колеса и т.д.). Для того чтобы учесть разницу в важности отдельных элементов, характеризующей боеспособность объекта, как самостоятельной единицы, так и в составе комплекса, вводится понятие ранжирования. Каждому элементу объекта присваивается коэффициент уязвимости. Вероятность поражения элементов с наименьшим коэффициентом уязвимости k=1 не учитывается при оценке поражения объектов. После определения вероятности поражения элементов объекта дается оценка поражения самого объекта. Вероятность попадания осколков в j-й элемент объекта равен Роcкj, вероятность непопадания PHj=1-Pockj. Но при этом могут быть попадания в другую часть объекта. Поэтому для оценки вероятности непопадания ни в один из элементов i-oгo объекта используется выражение
1
2
РНi=(1-Р).(1-Р).(1-Pj)…(1-Рк).
Следовательно, поражение i-oгo объекта (т.е. попадание хотя бы в один элемент) оценивается как
2
Рi=1-РНi=1-(1-Pi).(1-Pij)…(1 - Рiк).
Вероятность поражения i-oгo объекта при налете нескольких (f) ПРР определяется по формуле
Pif=(1-(1-Pi))f.
Блок 3 памяти исходных данных для указанных расчетов и результатов модельных экспериментов содержит два набора данных: набор данных по объектам обороны (РЭС) и набор данных по ПРР (средствам нападения). База данных объектов обороны в блоке 3 позволяет представить в модели любой объект РЭС, заданный поэлементно реальными геометрическими размерами. Используя базу данных объектов РЭС можно составить групповой объект в соответствии с его расположением на местности. Каждая составляющая элемента объекта имеет в базе данных следующие характеристики: геометрические размеры; толщина стенок составляющей элемента; физические параметры (плотность материала, из которого изготовлена составляющая элемента, предел прочности материала, избыточное давление для составляющей элемента); координаты х, y, z, характеризующие расположение элемента в объекте. Причем все эти характеристики сугубо индивидуальны, т.е. задаются для каждого элемента и могут изменяться для конкретно поставленной задачи. Для построения типового группового объекта из базы данных набирается определенный состав и количество единичных объектов. Причем как состав, так и количество может изменяться, в зависимости от типа задачи. Для каждого выбранного единичного объекта задаются координатные данные, т.е. координаты центра объекта относительно заданной системы координат. При этом сохраняются заданные между составляющими группового объекта РЭС расстояния в масштабе в соответствии с нормативами. При построении учитывается расположение этих составляющих относительно друг друга. Задается такой параметр как угол поворота, который определяет поворот элемента на плоскости относительно оси ОХ. Значения перечисленных параметров могут быть изменены в любом варианте моделирования. Типовой объект РЭС в блоке 3 памяти представлен в трехмерном пространстве и отображается в трех видах: на горизонтальной плоскости X0Y; в вертикальной плоскости X0Z; объемная графика в пространстве. Каждое из этих отображений более полно представляет объект и позволяет наглядно получить результат моделирования. База данных по ПРР в блоке 3 памяти включает список ПРР, используемых при расчетах в модели 6 и их характеристики: количество осколков, образующихся при подрыве ОФБЧ; угол разлета осколков; масса взрывчатого вещества (ВВ); начальная скорость осколков; диаметр осколка; плотность материала осколка. В модели 6 для повышения точности оценки показателей эффективности защиты РЭС от ПРР введена имитация характеристик эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) подстилающей поверхности и "задаваемых местников". При этом предусматривается, что закон изменения ЭПР - обобщенный Релеевский с заданием двух параметров (МОЖ и СКО). Для использования подстилающей и "местников" в режиме калибровки вводится значение удельной ЭПР. Обобщенный Релеевский закон изменения ЭПР формируется по следующему алгоритму. Вначале генерируется случайная величина А1, распределенная по нормальному закону с параметрами М (МОЖ) и S (СКО); Генерируется случайная величина А2, распределенная по нормальному закону с параметрами М=0 (МОЖ) и S (СКО); Вычисляется случайная величина А, распределенная по обобщенному Релеевскому закону с параметрами М (МОЖ) и S (СКО) по формуле:
Таким образом, имеем значение ЭПР А (М, S) точки подстилающей поверхности или "местника". Формирование "блестящих" точек подстилающей поверхности вокруг РЭС, ЭПР которых распределена по закону обобщенного Релея, происходит на каждом шаге моделирования при обращении к подпрограмме расчета сигналов в ГСН. Формирование переотраженных сигналов "задаваемых местников", ЭПР которых распределена по закону обобщенного Релея, происходит также на каждом шаге моделирования.
Научно-исследовательская модель для оценки показателей эффективности радиоэлектронных систем работает следующим образом.
Вначале на панели управления (на мнемосхеме дисплея) интерфейса 1 научно-исследовательской модели выбирают задачу научных исследований. Для выбранной задачи исследований в блоке 3 памяти множества данных выбирают исходные данные для моделирования по месторасположению и техническим параметрам защищаемой РЭС, средствам воздушного нападения на нее, средствам радиоэлектронного противодействия и внешним условиям противовоздушной обороны (ПВО). Выбранные в блоке 3 памяти исходные данные автоматически загружаются в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) интерфейса 1. После загрузки в ОЗУ исходных данных для моделирования исследователь включает соответствующую программу управления моделями 4÷6, расположенную в съемной памяти интерфейса 1. При этом процессор интерфейса 1 по заданной программе исследований вырабатывает команды управления моделями 4÷6.
Пусть из множества РЭС выбрали радиолокационную станцию РЛС, а в качестве задачи исследований - задачу оценки показателей эффективности защиты РЛС [Ширман Я.Д., Манжос В.Н., Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М., 1981] от ПРР типа «Шрайк» [Справочник по основам радиолокационной техники». М:, Воениздат, 1967, с.469-524]. В этом случае в ОЗУ интерфейса 1 загружаются следующие исходные данные:
0,5
0
Тактико-технические характеристики (ТТХ) РЛС, включающие длительность зондирующих импульсов, энергию излучения антенны по основному и боковым лепесткам, период следования зондирующих импульсов, ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) (Δε) по азимуту и углу места, угломестный сектор (Δε) обзора в градусах, темп обзора Т в оборотах в минуту, устойчивость к поражающим факторам ОФБЧ ПРР и другие ТТХ.
Тактико-технические характеристики (ТТХ) ПРР, включающие направление налета, скорость и дальность полета ПРР, чувствительность приемников (ПР) головок самонаведения (ГСН) ПРР, их разрешающая способность по частоте, углам и длительности принимаемых сигналов, инерционность контуров наведения ПРР, мощность ОФ БЧ ПРР, радиус поражения осколками и взрывной волной и другие ТТХ.
Тактико-технические характеристики (ТТХ) средств радиопротиводействия ПРР, включающие мощность выносных источников излучений (ложных целей), допустимый радиус их выноса относительно РЛС и другие ТТХ.
Внешние условия ПВО, включающие погодные условия, рельеф местности установки РЛС и ложных целей, сектор ее ответственности, допустимая дальность подлета к РЛС самолета-носителя ПРР, исключающая возможность его поражения активными средствами ПВО и другие параметры, влияющие на эффективность защиты РЛС от поражения.
После загрузки исходных данных включается модель 4 контура дальнего наведения ПРР. Далее в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.4÷фиг.5, моделируется полет ПРР с дальности сброса с борта носителя в направлении излучающей РЛС. При этом моделируется пошаговое по дальности движение ПРР и случайное попадание излучения РЛС в поле зрения (диаграммы направленности) приемника (ПР) ГСН ПРР. На каждом шаге движения ПРР измеряется уровень радиосигналов в ПР (фиг.2÷фиг.3) на момент текущей дальности ПРР и взаимного положения осей диаграммы направленности (ДН) РЛС и ПРР, анализируется возможность захвата ГСН излучающей РЛС по основному и боковым лепесткам, оценивается возможность работы автопилота (АП) ПРР по выходным сигналам от ГСН. При достижении уровня сигналов на выходе ГСН, достаточной для надежной работы АП ПРР фиксируется максимальная дальность надежного захвата РЛС и возможного перехода ПРР на точное самонаведение ПРР по сигналам радиоприемника (ПР) ГСН. Далее в рамках блоков 4.3÷4.10 производится повторный прогон ПРР с максимальной дальности сброса до дальности надежного захвата сигналов РЛС. При количестве прогонов (реализаций) в модели 4, достаточных для статистической оценки рациональной дальности перехода на самонаведение моделирование контура дальнего наведения ПРР заканчивается, результаты моделирования передаются в блок 3 памяти. Далее процессор интерфейса 1 включает модель 5 самонаведения и передает в нее из блока 3 памяти рациональные результаты предыдущего моделирования в части рациональной дальности перехода ПРР на самонаведение и ожидаемой точности вывода ПРР в район местонахождения РЛС.
В модели 5 самонаведения (фиг.6) моделируется полет ПРР на конечном участке ее траектории движения от момента включения режима самонаведения до момента встречи ПРР с наземным объектом (РЛС, ее элементами или отвлекающей радиомишенью). При этом в отличие от модели 4 в модели 5 дополнительно имитируются «режим радиомолчания РЛС» (блок 5.5÷5.7) для срыва автосопровождения цели (РЛС) в ГСН ПРР, режимы искажения фазовых фронтов сигналов (блоки 5.8÷5.12) для отвлечения ПРР на удаленные от РЛС источники излучений (радиомишени), имитирующие работу РЛС. В блоке 5.13 дополнительно имитируется подрыв БЧ ПРР, определяются координаты места подрыва и его удаленность от РЛС и ее элементов (средства связи, аппаратура передачи радиолокационной информации, источники электроснабжения, кабельное хозяйство), а также имитируется (блок 5.14) реакция контура наведения ПРР на подрыв БЧ предыдущей атакующей РЛС ракеты.
После статистической обработки в блоке 5.15 модели 5 результаты моделирования передаются в блок 3 памяти в качестве исходных данных для модели 6 оценки степени поражения группового объекта (РЛС и ее элементов) поражающими факторами осколочно-фугасной боевой части ПРР. Одновременно процессор интерфейса 1 выдает команду на включение модели 6. При этом в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.15, в модели 6 производится расчет вероятности фугасного (взрывной волной) поражения РЛС по формулам М.А.Садовского [М.А.Садовский. Простейшие приемы определения сейсмической опасности массовых взрывов, М.-Л., 1946]. Одновременно производится расчет вероятности осколочного поражения группового объекта с учетом энергетики осколков, плотности осколочного поля и числа осколков, поразивших РЛС. Суммарная вероятность поражения РЛС рассчитывается по формуле вероятностей независимых событий [Е.С.Вентцель. Теория вероятностей. М:, Наука., 1969]. При превышении вероятности поражения РЛС порогового значения модель 6 каждого эксперимента, соответствующего конкретному месторасположению РЛС и прикрывающих ее источников радиоизлучений (отвлекающих мишеней) на электронной карте местности, выдает результат на дисплей интерфейса 1 в текстовом формате «поражен» или «не поражен».
Одновременно на дисплей из блока 3 памяти в табличном виде выводятся ТТХ ПРР, РЛС, мишеней, соответствующие конкретным условиям противодействия ПРР, а также рациональное размещение мишеней вокруг РЛС по критерию минимума вероятности поражения РЛС.
После завершения испытаний исследователь выбирает очередную РЭС, задачу научных исследований и процесс оценки эффективности РЭС в рамках моделей 4÷6 повторяется.
Полезная модель разработана на уровне технического проекта и отдельных фрагментов ее программного обеспечения на языке «С++» IBM PC.