Software & Systems

Разработке моделей радиоэлектронных помех посвящен ряд известных научных исследований. Так, в [1] предложен подход к моделированию работы РЛС в условиях активных шумовых помех. В работах [2, 3] представлены способы моделирования пассивных помех (ПП), однако их использование в моделях наземных РЛС, работающих в реальном масштабе времени в быстроменяющейся сложной целевой и помеховой обстановке (в частности, в тренажных системах для подготовки личного состава боевых расчетов радиотехнических подразделений), приводит к перегрузкам вычислительных средств, на которых эти модели реализованы.

На РЛС могут воздействовать ПП следующих видов [4]:

–      дипольные ПП (ДПП) искусственного происхождения, которые ставятся средствами воздушно-космического нападения;

–      ПП естественного происхождения: отражения от поверхности Земли (местные предметы) и гидрометеоры («ангел-эхо» (АЭ)).

Имитация обнаружения воздушного объекта в облаке ДПП

При отсутствии помех факт обнаружения цели определяется следующим образом.

Информация о зоне обнаружения эталонной цели для каждого режима работы РЛС должна находиться в БД в виде зависимости дальности обнаружения с вероятностью 0,5 от угла места (D1(ε)).

Дальность обнаружения РЛС произвольной цели [1] с вероятностью 0,5 определяется по формуле

,                                            (1)

где D1(ε) – дальность обнаружения с вероятностью обнаружения 0,5 эталонной цели на угле места ε, под которым находится воздушный объект относительно линии горизонта рассматриваемой РЛС (берется из БД, где хранится информация о ее зоне обнаружения); σц – эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) обнаруживаемой цели, м2; σэт – ЭПР эталонной цели, м2 (обычно ЭПР эталонной цели σэт=1 м2).

Эта первичная радиолокационная информация по рассматриваемой цели отображается на экране имитируемого рабочего места оператора при выполнении условия (DТ(ε)≤DРГ∙КРГ)&(ξ≤р), где DТ(ε) – текущая (имеющая место в данный момент времени) дальность до обнаруживаемой цели; DРГ – дальность радиогоризонта [4]; КРГ – коэффициент использования радиогоризонта рассматриваемой РЛС (находится в пределах от 0,6 до 0,9); р – текущая вероятность обнаружения цели [1], определяемая из выражения , где ξ – псевдослучайное число, равномерно распределенное на интервале [0,1], определяемое с помощью датчика случайных чисел (RND).

ДПП представляет собой так называемое облако дипольных отражателей, которые сброшены постановщиком ПП в виде стандартных пачек. Цель с ЭПР σц в облаке ДПП при включенной системе защиты от ДПП (системы селекции движущихся целей – СДЦ) считается обнаруженной, если она обнаруживается в беспомеховой обстановке при условии, что вместо D1 (ε) в формуле (1) используется 0,85∙D1(ε). При этом одновременно должно выполняться [4] условие σц≥σп.прив., где σп.прив. – приведенное значение ЭПР помехи, попадающей в импульсный объем РЛС.

Расчет σп.прив. осуществляется следующим образом.

Пусть α – угол между направлением излучения РЛС и направлением полета постановщика помех α=│βц–QППП│, βц – азимут цели в облаке ДПП; QППП – курс движения постановщика ПП. При этом учитывается переход углов через 0˚.

Коэффициент 0,85 позволяет учесть потери от включения системы СДЦ [4], которые снижают дальность потенциального обнаружения приблизительно на 15 %.

Введем понятие предельного угла: αпред= =arctg(DДПП∙δβ/δD), где DДПП – дальность до рассматриваемого участка ДПП; δβ, δD – разрешающие способности РЛС по азимуту (в радианах) и дальности (в метрах) соответственно.

Если α≤αпред, то σп.прив.=δD∙NПП∙σпач1/(100∙КДПП´ ´cosα).

В противном случае σп.прив.=DДПП ∙δβ∙NПП∙σпач1´ ´sinα/(100∙КДПП).

В этих формулах σпач1 – ЭПР пачки с учетом развития облака ДПП с течением времени под действием ветра; NПП – интенсивность (плотность ДПП), количество пачек на 100 м пути постановщика ПП; КДПП – коэффициент подавления ДПП системой СДЦ в выбранном обучаемым режиме ее работы (безразмерная величина). Если система СДЦ обучаемым ошибочно не включена, то КДПП=1 и коэффициент 0,85 не используется.

В качестве пространственной модели каждой пачки принимается шаровидная модель с радиусом, равным расстоянию, пройденному объектом, летящим со скоростью ветра, за время развития пачки ДПП. Значение σпач1 (ЭПР пачки с учетом развития облака ДПП с течением времени под действием ветра) рассчитывается следующим образом:

σпач1=σпач/(1+А), А=4π∙(Тр∙Vв)3/(3 D2∙δβ∙δD∙δε),

где σпач – ЭПР одной стандартной пачки ДПП (σпач≈50 или 100 м2); Тр – время развития облака ДПП; Vв – скорость ветра; δε – разрешающая способность РЛС по углу места.

Имитация обнаружения воздушного объекта на фоне местных предметов

Отражения от местных предметов (МП) по характеру их воздействия на РЛС можно разделить на два класса [3]:

–      отражения от дискретных МП (ДМП);

–      отражения от распределенных МП (РМП).

Отражения от ДМП моделируются в виде дискретных отметок (один ДМП – одна отметка).

Отметка ДМП характеризуется плоскостными координатами в глобальной (привязанной к началу отсчета в имитируемой тактической обстановке) системе координат XДМП, ZДМП и максимальной высотой ДМП над уровнем окружающей местности HДМП, средней ЭПР ДМП σДМП ср, которые не изменяются в процессе моделирования каждого тактического варианта. Эти параметры поступают по всем ДМП на модель РЛС в начале сеанса тренировки.

На каждом шаге моделирования определяются следующие текущие значения: VДМП – скоростная составляющая элементов ДМП (определяется по случайному закону в диапазоне 0–20 м/с); QДМП – курс движения отметки, составляющей отражение от ДМП (определяется по случайному закону в диапазоне 0–360˚); σДМП – ЭПР ДМП (определяется по случайному закону в диапазоне σДМП ср.±20 %–σДМП ср, где σДМП ср – среднее значение ЭПР данного ДМП).

Плоскостные координаты ДМП пересчитываются в местную полярную систему координат РЛС (дальность до дискретного МП DМП, его азимут βМП).

Проверяется факт попадания МП в разрешаемый объем РЛС при локации цели с полярными координатами (βц, Dц): если│βМП–βц│≤δβ и одновременно │DМП–Dц│≤ δD, то считается, что ДМП попадает в разрешаемый объем РЛС.

Если указанные условия выполняются, то цель считается обнаруженной, если σц≥σДМП/КМП, где КМП – коэффициент подавления отражений от МП системой СДЦ (при условии правильного выбора обучаемым режима ее работы).

Отражение от РМП моделируется в виде набора отметок из некоторого объема пространства, представленного в виде цилиндра радиусом RРМП и высотой НРМП с координатами центра основания цилиндра в глобальной (привязанной к началу отсчета в имитируемой тактической обстановке) системе координат XРМП и ZРМП, а также отражательная характеристика РМП  – удельная ЭПР поверхности РМП σ0РМП (ЭПР единицы поверхности РМП, например 1 м2). Удельная ЭПР РМП определяется характером местности, на которой располагается РМП (лес, равнина, горы, море и т.д.).

Эти параметры поступают по всем РМП на модель РЛС в начале сеанса тренировки.

При формировании отметок РМП цилиндр разбивается на несколько (3–10) равных частей по высоте. В каждой из частей формируется несколько (3–20) отметок, пространственное положение которых внутри этой части выбирается по случайному закону.

На каждом шаге моделирования определяются текущие значения для каждой из отметок, составляющих РМП: XотмРМП, ZотмРМП, НотмРМП – плоскостные координаты и высота каждой отметки; VотмРМП – скоростная составляющая каждой из отметок, формирующих отображение от РМП (определяется по случайному закону в диапазоне 0–20 м/с); QотмРМП – курс движения каждой из отметок, формирующих отображение от РМП (определяется по случайному закону в диапазоне 0–360˚).

Координаты XРМП, YРМП для каждого РМП пересчитываются в местную полярную систему координат РЛС (дальность DРМП, азимут βРМП). Рассчитываются минимальные Dmin, βmin и максимальные Dmax, βmax дальность и азимут РМП согласно следующим соотношениям:

Dmin=DРМП–RРМП; Dmax=DРМП+RРМП;

βmin=βРМП–arcsin(RРМП/DРМП);

βmax=βРМП+arcsin(RРМП/DРМП).

При этом необходимо учесть переход углов азимута через 0.

РМП попадает в разрешаемый объем РЛС вместе с целью, если истинно высказывание

(Dmin≤Dц≤Dmax)&(βmin≤βц≤βmax).

Для имитации обнаружения цели на фоне РМП ЭПР помехи, попавшей в разрешаемый объем РЛС, рассчитывается по формуле σРМП=σ0РМП´ ´δβ∙δD∙Dц.

Если указанные условия выполняются, то цель считается обнаруженной при σц≥σРМП/КМП.

При имитации обнаружения целей на фоне МП (как ДМП, так и РМП) используется коэффициент снижения дальности обнаружения целей на 15 % при включенной системе СДЦ аналогично случаю воздействия ДПП.

Имитация обнаружения воздушного объекта на фоне помех типа «ангел-эхо»

Отражение от помех типа «ангел-эхо» моделируется в виде набора отметок из некоторого объема пространства, представленного в виде облака (шара). При этом количество отметок NАЭ рассчитывается при задании исходных данных и зависит от заданного радиуса шара RАЭ и заданной степени турбулентности атмосферы: NАЭ=π∙RАЭ2∙Pturb, где Pturb – плотность отметок на единицу площади для заданной турбулентности атмосферы (можно, например, ввести три градации: слабая, средняя, сильная).

Для каждой отметки формируются σотм ср – средняя ЭПР отметки; [t1н, t1к], [t2н, t2к]…[tNн, tNк] – временные интервалы существования отметки.

В качестве исходных данных также задаются плоскостные координаты центра облака в глобальной (привязанной к началу отсчета в имитируемой тактической обстановке) системе координат Xo, Zo, высота центра облака Ho, скорость ветра Vveter (горизонтальная), направление ветра Qveter.

Указанные параметры поступают по всем помехам типа «ангел-эхо» на РЛС в начале сеанса тренировки.

На каждом шаге моделирования определяются текущие значения всех отметок, составляющих данную помеху:

–      состояние отметки – видима или не видима в соответствии с временными интервалами ее существования;

–      XотмАЭ, ZотмАЭ, НотмАЭ – текущие координаты каждой отметки внутри облака, определяемые с учетом движения отметки со скоростью Vотмg;

–      Vотмg, VотмX, VотмZ – горизонтальная скорость движения отметки и ее плоскостные составляющие, формируемые вокруг заданного значения Vveter по случайному закону в диапазоне Vveter±20 %–Vveter;

–      Qотм – курс движения отметки, формируемый вокруг заданного значения Qveter по случайному закону в диапазоне Qveter±20 %–Qveter;

–      σотм – текущая ЭПР отметки, формируемая вокруг заданного значения σотм ср по случайному закону в диапазоне σотм ср±20 %–σотм ср.

При поступлении информации об отметках, составляющих помехи типа «ангел-эхо» на модель РЛС, их координаты пересчитываются в местную сферическую систему координат РЛС (дальность DотмАЭ, его азимут βотмАЭ и угол места εотмАЭ).

Для выявления факта обнаружения цели на фоне помехи типа «ангел-эхо» проверяется факт попадания отметки помехи в разрешаемый объем РЛС вместе с целью с координатами (Dц, βц, εц) по следующему правилу: отметка этой помехи попадает в разрешаемый объем РЛС вместе с целью, если истинно высказывание (|DотмАЭ–Dц|≤δD)& &(|βотмАЭ–βц|≤δβ)&(|εотмАЭ–εц|≤δε).

Для реализации режима защиты от помехи типа «ангел-эхо» скорость движения отметок от этой помехи пересчитывается в радиальную для ракурса, c которого помеха наблюдается РЛС.

Цель на фоне помех типа «ангел-эхо» считается обнаруженной, если σц≥ где σотм i – ЭПР i-й отметки данной помехи, попавшей в разрешаемый объем РЛС, при условии Vi≥Vпор, где Vi – радиальная скорость i-й отметки; Vпор – пороговое значение радиальной скорости, установленное в системе СДЦ (этих значений несколько – от 3 до 7 для различных видов РЛС).

Таким образом, представленная методика позволяет моделировать процесс воздействия на наземную РЛС основных видов ПП естественного и икусственного происхождения.

Литература

1.     Бондарев С.К., Датнова Л.В., Куликов В.Н., Смол- кин М.А. Методика моделирования процесса обнаружения воздушных объектов наземной обзорной радиолокационной станцией в условиях воздействия активных шумовых помех // Программные продукты и системы. 2013. № 2. С. 70–74.

2.     Леховицкий Д.И., Кириллов И.Г., Ливицкий Д.И. Способ моделирования пассивных помех импульсным РЛС методами решетчатой фильтрации // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2008. № 2 (29).

3.     Бакулев П.А., Степин В.М. Методы и устройства селекции движущихся целей. М.: Радио и связь, 1986.

4.     Бердышев В.П., Конкин Г.В., Кузнецов В.В., Кули- ков В.Н., Линкевичюс С.П., Ремезов А.Б., Хоменко И.В. Системотехнические основы построения вооружения радиотехнических войск: учебник. Тверь: ВА ВКО, 2008. Ч. 2.

References

1.     Bondarev S.K., Datnova L.V., Kulikov V.N., Smolkin M.A. Method of modeling the process of air facilities detection by ground surveillance radar in conditions of active noise jamming. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. Tver, 2013, no. 2, pp. 70–74 (in Russ.).

2.     Lekhovitskiy D.I., Kirillov I.G., D. Livitskiy D.I. The simulation technique of clutters for pulse radars by methods of lattice filtration. Radioelektronni i komp'uterni sistemi [Radioelectronic and computer systems]. 2008, no. 2, iss. 29, pp. 18–25 (in Russ.).

3.     Bakulev P.A., Stepin V.M. Metody i ustroystva selektsii dvizhushchikhsya tseley [Methods and devices for moving target selection]. Moscow, Radio i svyaz Publ., 1986.

4.     Berdyshev V.P., Konkin G.V., Kuznetsov V.V., Kuli- kov V.N., Linkevichyus S.P., Remezov A.B., Khomenko I.V. Sistemotekhnicheskie osnovy postroeniya vooruzheniya radiotekh­nicheskikh voysk [System circuit basics for creating weapons of radar troops]. Textbook, Part 2, Tver, Zhukov Military Academy of Aerospace Defense, 2008.