Способ управления зенитными комплексами

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗЕНИТНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ(57) Способ управления зенитными комплексами, включающий прием координат целей от нескольких источников, обнаружение траекторий действительных целей и их сопровождение, отождествление траекторий, сопровождаемых по данным различных источников, определение обобщенных параметров траекторий целей,прием и запоминание данных о состоянии и координатах местоположения огневых комплексов, целераспределение с учетом параметров траекторий целей и сведений о состоянии и местоположении огневых комплексов, выдачу огневым 3105 1 комплексам координат целей, подлежащих обстрелу, прием от огневых комплексов координат, составляющих скорости и признаков действия по целям, выбранным для обстрела, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности управления зенитными комплексами, производят автоматическое сопоставление и идентификацию координат и скорости целей, выбранных для обстрела различными огневыми комплексами, определение комплексов, выбравших для обстрела одну и ту же цель, и для таких комплексов проводят целераспределение, передают этим комплексам координаты целей с признаками разрешения или запрета стрельбы, осуществляют запоминание и экстраполяцию на огневых комплексах координат целей, выданных им с признаком запрета стрельбы, и сопоставление экстраполированных координат целей с признаками запрета с координатами целей вновь выбранных для обстрела.(56) 1. Иващенко и др. Подвижной пункт управления ПУ-12 М. - Киев изд-во Военной академии войсковой ПВО. - 1981. 2. Эскизный проект ЗРК 9 к 37 М 1 ГС 1. 640. 003 ПЗ, кн. 2, 1981. Изобретение относится к области военной техники, а точнее к автоматизированным системам управления огнем зенитных комплексов, и может быть использовано на командных пунктах и пунктах управления подразделений противовоздушной обороны (ПВО). Цель изобретения - повышение эффективности управления зенитными комплексами. На чертеже приведена структурная схема подсистемы ПВО, реализующей предлагаемый способ. Подсистема содержит аппаратуру 1 командного пункта и несколько (4-6) комплектов аппаратуры 2 огневых комплексов. В состав аппаратуры 1 командного пункта входят следующие устройства аппаратура 3 приема данных о воздушной обстановке от радиолокационной станции (РЛС) аппаратура 4 приема данных о воздушной обстановке от станции обнаружения целей (СОЦ) одного из огневых комплексов (ОК) устройство 5 вторичной обработки радиолокационной информации от РЛС блок 6 отождествления информации от РЛС и СОЦ одного ОК блок 7 анализа воздушной обстановки блок 8 распределения целей между огневыми комплексами блок 9 формирования запретов аппаратуру 10 обмена данными с аппаратурой 2 огневых комплексов блок 11 сопряжения аппаратуры 10 обмена данными с блоком 7 анализа воздушной обстановки, блоком 8 распределения целей и блоком 9 формирования запретов. Аппаратура 2 огневых комплексов содержит аппаратуру 12 обмена данными с аппаратурой 1 командного пункта станцию 13 сопровождения цели, обстреливаемой огневым комплексом запоминающее устройство 14, предназначенное для хранения координат цели, поступившей на огневой комплекс с признаком запрета экстраполятор 15 координат точки запрета блок 16 отождествления координат обстреливаемой цели и координат точки запрета блок 17 сопряжения аппаратуры 12 обмена данными со станцией сопровождения цели 13 и запоминающим устройством 14 станцию 18 обнаружения целей аппаратуру 19 передачи данных о воздушной обстановке на КП 1. Сущность способа заключается в следующем. Управление огнем подразделений зенитных комплексов осуществляется таким образом. На КП подразделения по телекодовым каналам связи поступают координаты отметок целей от источников первичной радиолокационной информации (РЛИ), а также координаты и составляющие скорости (траектории) целей от источников вторичной РЛИ. По информации от источников первичной РЛИ производят обнаружение траекторий из условия получения по каждой целиотметок впоследовательных периодах обновления информации и сопровождение траекторий. Сброс траекторий с сопровождения производится при условии полученияпропусков отметок в соседних периодах обновления информации. В процессе обнаружения и сопровождения траекторий производят вычисление составляющих скорости целей, сглаживание координат и составляющих скорости, экстраполяцию координат целей на время, определяемое от момента последнего обновления координат цели до момента ожидаемого обновления координат,стробирование траекторий и селекцию отметок в стробах. Составляющие скорости определяются по формуле, где- составляющая скорости по координате ,- сглаженное значение координаты Х в -м цикле обновления информации, Т - длительность -го цикла обновления информации. Сглаживание производится итерационным методом, при котором сглаженные и экстраполированные координаты и составляющие скорости определяются следующими уравнениями в конечных разностях э,э где- сглаженное значение приращения координаты,- сглаженное и экстраполированное значение координаты,ээ - ошибка экстраполяций - коэффициенты сглаживания координат,Х 0, 0 - начальные условия. Селекция отметок в стробах заключается в отборе из множества отметок, попавших в строб, той отметки,которая с максимальной вероятностью является продолжением данной траектории. Координаты и составляющие скорости траекторий, сопровождаемых на КП по данным различных источников, сопоставляются друг с другом и идентифицируются, т.е. определяются и объединяются траектории,относящиеся к одной и той же цели. Идентификация производится по критерию близости координат и составляющих скорости сопоставляемых траекторий. В результате идентификации каждой цели ставится в соответствие одна траектория с параметрами траектории, сопровождаемой по данным наиболее точного (эталонного) источника. На КП по телекодовым каналам связи поступают также данные о состоянии и координатах местоположения огневых комплексов, необходимые для целераспределения. Следующим и основным этапом процесса управления огнем является целераспределение, которое заключается в определении (назначении) конкретных целей для обстрела их конкретными зенитными комплексами(целевыми каналами). Выбор рационального варианта целераспределения производится по данным о координатах и составляющих скорости целей о состоянии и местоположении огневых комплексов из условия обеспечения наибольшей эффективности зенитного подразделения по выбранному критерию. Результаты автоматического целераспределения отображаются на специальных индикаторах для обеспечения возможности участия человека-оператора в процессе управления огнем. В соответствии с результатами целераспределения производится выдача огневым комплексам по телекодовым каналам связи координат и составляющих скорости целей, подлежащих обстрелу. Огневые комплексы производят прием указанной информации, осуществляют поиск целей в ограниченной области пространства с геометрическим центром в точке с координатами цели, выбор целей для обстрела, взятие их на сопровождение и выдачу на КП по телекодовым каналам связи координат, составляющих скорости и признаков действия по сопровождаемой цели. На КП производится прием этой информации и сопоставление в стробах координат и скорости целей, выбранных для обстрела различными огневыми комплексами. Сопоставление и идентификация производятся аналогично тому, как это описано выше для траекторий, обнаруженных по данным различных источников. При этом если в процессе идентификации происходит объединение траекторий целей, выбранных для обстрела различными комплексами, то принимается решение о том, что несколько комплексов выбрали для обстрела одну и ту же цель, и каждому такому комплексу присваивается соответствующий признак. По указанному признаку, несмотря на занятость, эти огневые комплексы включаются в очередной цикл целераспределения и в соответствии с его результатами производится повторная выдача этим огневым комплексам по телекодовым каналам связи координат и составляющих скорости целей с признаками разрешения или запрета стрельбы. Огневые комплексы, которым адресованы команды о запрете стрельбы, при приеме такой информации от КП осуществляют сброс с сопровождения целей, взятых на обстрел, и переходят в режим поиска новых целей и ожидания целеуказаний от КП. Для исключения возможности повторного выбора для обстрела старых целей координаты точки запрета запоминаются аппаратурой огневого комплекса, периодически экстраполируются и сопоставляются с координатами вновь обнаруживаемых целей. Если координаты вновь обнаруженных целей совпадают с координатами ранее полученного запрета, то захват цели на сопровождение не производится. Хранение на огневых комплексах координат цели с признаком запрета стрельбы осуществляется до момента получения от КП нового целеуказания. 3105 1 Устройство для реализации способа управления зенитными комплексами работает следующим образом. На аппаратуру 1 командного пункта (КП) подразделения огневых комплексов поступает информация от радиолокационной станции (типа 1 РЛ 135), которая осуществляет первичную обработку информации и выдает на КП 1 координаты как движущихся целей, так и ложных отметок. Обмен данными с РЛС осуществляется с помощью аппаратуры приема данных 3, которая включает в себя каналообразующие средства (радиостанцию или проводную линию связи) и аппаратуру обмена данными. Аппаратура обмена данными осуществляет демодуляцию принимаемых сигналов тональной частоты и проверку принимаемых сообщений на отсутствие искажений с учетом применяемого помехозащитного кода. С выхода аппаратуры приема данных 3 информация от РЛС в виде 48-ми разрядного двоичного кода поступает на вход устройства вторичной обработки 5, которое осуществляет обнаружение траекторий движущихся целей и их сопровождение. В процессе обнаружения траекторий выполняются следующие операции стробирование проверка критерия обнаружения, оценка начальных значений параметров траекторий, экстраполяция параметров движения. Сопровождение траекторий заключается в выполнении следующих операций оценка параметров траектории цели экстраполяция параметров траектории на следующий обзор или несколько обзоров выделение упрежденной области (строба), в которую с некоторой вероятностью ожидается попадание новой отметки селекции отметок в стробе с целью выбора одной из них для продолжения траектории. Обычно устройства вторичной обработки (УВО) реализуют на базе ЭВМ. С выхода УВО 5 данные по каждой сопровождаемой траектории (номер цели, сглаженные параметры движения цели, признак принадлежности) поступают на первый вход блока отождествления 6. На второй вход блока отождествления 6 с выхода аппаратуры приема данных 4 поступают аналогичные данные от станции обнаружения целей 18 одного из огневых комплексов 2. Передача данных о целях, наблюдаемых станцией обнаружения целей (СОЦ) 18, осуществляется через аппаратуру передачи данных 19,включающую в себя каналообразующие средства и аппаратуру обмена данными. Аппаратура обмена данными осуществляет преобразование дискретных сигналов, выдаваемых СОЦ 18, в сигналы тональной частоты, соответствующей полосе пропускания каналообразующих средств, и выполняет операции помехоустойчивого кодирования передаваемых сообщений. Функции, выполняемые аппаратурою 4 приема данных, аналогичны выполняемым аппаратурой приема данных 3. В блоке 6 отождествления осуществляются отбор и объединение траекторий, получаемых от двух различных источников (РЛС и СОЦ одного из огневых комплексов) по принадлежности к одной цели. При выполнении этих операций используются данные о траекториях, поступающие на входы блока отождествления 6 от аппаратуры приема данных 4 и из УВО 5. Поступающие от этих устройств данные по каж дой цели координаты , ,составляющие скорости,,момент времени их привязкиномер цели и номер источника - РЛС или СОЦ ОК - записываются в буферную зону запоминающего устройства блока отождествления 6. При решении задачи отождествления вначале осуществляется приведение поступивших сообщений к единому началу отсчета во времени путем экстраполяции координат на очередной момент объединения. После выполнения операции экстраполяции координат осуществляются операции по предварительной обработке выбор стробов и группирование вновь поступивших отметок (текущих точек) и объединенных трасс. Окончательное отождествление осуществляется после образования всех возможных групп и заключается в статистическом разборе каждой группы. В результате разбора по каждой имеющейся в группе отметке будет принято одно из следующих решений текущая точка подтверждает объединенную трассу текущая точка не подтверждает ни одну из объединенных трасс в группе, т.е. является началом новой трассы объединенная трасса не подтверждается ни одной из текущих точек в группе, т.е. по ней надо фиксировать пропуск. При формировании объединенных траекторий используются статистические методы теории цифровой обработки радиолокационной информации. При объединении траекторий в качестве обобщенных параметров движения цели используются координаты и составляющие скорости, поступающие от СОЦ 18 одного из огневых комплексов, которые вместе с номером объединенной траектории записываются в выходной буфер запоминающего устройства блока отождествления 6. С огневых комплексов 2 на командный пункт 1 передаются данные о местоположении каждого ОК и сведения о боезапасе - данные о состоянии. Передача данных о состоянии с ОК 2 производится через аппаратуру 12 обмена данными, включающую в себя каналообразующие средства (радиостанцию или проводную линию связи) и аппаратуру передачи данных реального масштаба времени. Для приема этих данных на командном пункте 1 используется аналогичная аппаратура 10 обмена данными. Сбор данных от огневых комплексов осуществляется в режиме разделения времени. Управление выходом на передачу каналообразующих средств в каждом огневом комплексе осуществляется по синхросообщениям, формируемым на КП 1 в блоке сопряжения 11. Каждое синхросообщение содержит идентификатор типа сообщения и условный номер ОК, которому разрешается в течение оговоренного промежутка времени Т после приема синхросообщения передача 3105 1 данных на КП 1 через аппаратуру обмена 12. При поступлении синхросообщения на ОК 2 в блоке сопряжения 17 каждого ОК 2 осуществляется сравнение условного номера, присвоенного данному ОК, с номером, поступающим в составе синхросообщения. В случае совпадения номеров блоком 17 сопряжения осуществляется передача в аппаратуру 12 обмена данными сообщения о местоположении и боезапасе данного ОК. Сообщения о местоположении и боезапасе огневых комплексов содержат следующую информацию идентификатор вида информации условный номер огневого комплекса - отправителя сообщения координаты местоположения огневого комплекса (, ,- относительно условного начала отсчета координат) количество боеготовых ракет на ОК состояние ОК занят обстрелом, свободен. При сборе донесений о состоянии от огневых комплексов аппаратура обмена данными 10 осуществляет прием сигналов, их демодуляцию, проверяет принятое сообщение на отсутствие ошибок и выдает принятые данные в блок сопряжения 11. В блоке сопряжения 11 анализируется идентификатор вида принятого сообщения, и при поступлении данных о состоянии осуществляется передача номера, координат местоположения и признака занятости огневого комплекса в блок 7 анализа воздушной обстановки (АВО), и этих же данных и количества боеготовых ракет - в блок 8 целераспределения и блок 9 формирования запретов. Блок 7 АВО при поступлении данных о состоянии огневых комплексов осуществляет отбор целей из числа поступающих на его вход из блока 6 отождествления. При этом отбираются цели, характеристики которых удовлетворяют заданным критериям и правилам отбора целей экстраполированный курс цели пересекает зону поражения ОК высота и скорость цели находятся внутри заданных для ОК пределов действия подлетное время цели меньше суммарных временных затрат на целераспределение, целеуказание и выполнение огневых задач. Для проверки выполнения заданных критериев в блоке 7 АВО рассчитываются курсовой параметр -й цели г относительно центра обобщенной зоны поражения группировки огневых комплексов г, где г, г - координаты -й цели относительно центра группировки,- составляющие скорости -й цели 2 2- скорость -й цели подлетное время -й цели к границе обобщенной зоны поражениягг 2 г, где- радиус обобщенной зоны поражения группировки ОК. Отбор осуществляется по результатам проверки для каждой -й цели следующих неравенств гпред.,пред.,пред., гцр ,где- высота полета цели пред.,пред.,пред. - значение зоны поражения группировки ОК по параметру и пределы действия ОК по скорости и высоте Тцр - рубеж целераспределения, значение которого определяется как сумма следующих составляющих Т ОК - работное время ОК раб Тр - время полета ракеты к дальней границе зоны поражения Т КП - работное время КП. раб Если вышеприведенные неравенства выполняются, то цель находится в зоне действия группировки огневых комплексов, которые по своим тактико-техническим характеристикам могут обстрелять эту цель. В этом случае номер цели и подлетное время цели к границе зоны поражения группировки огневых комплексов записываются в промежуточную буферную зону блока 7 АВО. После просмотра всего массива целей отобранные для воздействия цели располагаются в ряд опасности по возрастанию подлетного времени до границы зоны поражения. Для упорядочения массива чиселв блоке 7 АВО применено устройство сортировки. Упорядоченные по возрастаниюхарактеристики отобранныхцелей передаются в блок 8 целераспределения, на второй вход которого из блока сопряжения 11 поступают данные о местоположении, боезапасе и состоянии огневых комплексов. В блоке 8 целераспределения в начале каждого цикла работы проверяется 3105 1 состояние всех огневых комплексов и подсчитывается общее число незанятых обстрелом огневых комплексов . При выполнении условия , т.е. число свободных огневых комплексов превышает или равно количеству отобранных целей, всецелей включаются в очередной цикл работы блока 8 целераспределения. В ситуации, когда , в очередной цикл работы включаются лишь первыецелей из ряда опасности. Для этих целей в блоке 8 целераспределения вычисляются курсовой параметр -й целиотносительно -го свободного огневого комплекса подлетное время -й целик точке стояния -го огневого комплекса оценочная функция , характеризующая эффективность воздействия -го ОК по - цели где Кр, К , К - коэффициенты оценочной функции- боезапас ракет на -ом огневом комплексе- полный боезапас ракет на огневом комплексе Р ОК . - предельное значение зоны поражения огневого комплекса по параметру пред Т ОК - рубеж целераспределения для ОК. цр Рассчитанные значения оценочной функции записываются в оперативную память блока 7 целераспределения и образуют так называемую матрицу эффективности 11 1211 21 2222 12 Каждая строка этой матрицы соответствует значениям оценочной функции для одной из -х целей при возможном назначении на эту цель каждого -го огневого комплекса. Все возможные варианты результатов работы блока 7 целераспределения могут быть представлены в виде матрицы назначения 11 121121 где- параметр управления, который принимает одно из двух значений 1, если-ая цель не назначена -му ОК. Алгоритм работы блока 8 целераспределения построен, исходя из условия, что каждый огневой комплекс закрепляется за одной целью и любая изцелей может обстреливаться только одним огневым комплексом. Формально требование на запрет сосредоточения огня записывается в виде системы неравенств Первое неравенство отражает требование закрепления одного ОК только за одной целью. Требование обстрела - цели одним и только одним ОК представлено вторым неравенством. Результатом работы блока 8 целераспределения является определение такой матрицы назначения,когда суммарный показатель эффективностимаксимален 1111 3105 1 Поиск варианта назначения, обеспечивающего максимальное значение показателя, осуществляется путем перебора всех возможных вариантов назначения, общее количество которых составляетЭто определяется тем, что при использовании КП 1 для управления огнем в звене батарея-огневой комплекс количество управляемых огневых комплексов, как правило, равно четырем-шести, а количество возможных вариантов назначения - 24720. При реализации блока 8 целераспределения на мини-ЭВМ, выполняющей короткие операции за 3-4 микросекунды, время, затрачиваемое на перебор всех возможных вариантов назначения, составит 0,520 миллисекунд. После определения оптимального варианта назначения огневых комплексов по целям блок 8 целераспределения осуществляет формирование кодограмм -целеуказаний, которые содержат условный номер ОК - получателя данной кодограммы идентификатор вида информации команда на уничтожение цели координаты , ,цели, назначенной для обстрела данному ОК. С выхода блока 8 целераспределения сформированные кодограммы передаются в буферную зону блока 11 сопряжения, а затем по запросам от аппаратуры 10 обмена данными выдаются в эту аппаратуру. Передаваемые аппаратурой 10 обмена данными сообщения поступают на входы аппаратуры 12 обмена данными всех управляемых ОК 2. В блоке 17 сопряжения каждого ОК 2 осуществляется сравнение условного номера, присвоенного данному ОК, с номером, поступившим в составе принятого сообщения. При совпадении номеров блоком 17 сопряжения огневого комплекса, которому адресовано сообщение, осуществляется дешифрация идентификатора вида информации, и в том случае, когда принятое сообщение является целеуказанием, координаты этого целеуказания (ЦУ) передаются на станцию сопровождения целей (ССЦ) 13. При взятии цели на автосопровождение с выхода ССЦ 13 на вход блока сопряжения 11 начинают поступать координаты обстреливаемой цели (донесения по цели - ДЦ). Используя эти данные, блок 17 сопряжения осуществляет формирование сообщений об обстреливаемых целях, которые затем передаются на КП 1 через аппаратуру 12 обмена данными. На КП 1 принимаемые аппаратурой 10 обмена данными донесения об обстреливаемых каждым ОК 2 целях через блок 11 сопряжения поступают в блок 9 выработки запретов и записываются в специально отведенную для каждого ОК буферную зону. Блок 9 формирования запретов осуществляет сопоставление между собой координат целей, обстреливаемых всеми ОК, с целью выявления конфликтных ситуаций. Если при сопоставлении координат целей, обстреливаемых различными огневыми комплексами, обнаруживается,что расстояние между целями меньше размеров строба сопоставления, то принимается решение об обнаружении конфликта одна. цель обстреливается более чем одним ОК. Для разрешения конфликта в блоке 9 формирования запретов с учетом выражения (1) осуществляется расчет значений функции , характеризующей эффективность воздействия по -ой цели каждого из участвующих в конфликте -го ОК, и определение огневого комплекса, имеющего наибольшее значение . Для остальных огневых комплексов (имеющих меньшие значения ) блоком 9 формирования запретов осуществляется формирование команд, запрещающих обстрел данной цели. Команда - запрет содержит номера огневых комплексов, которым адресуется данная команда идентификатор вида информации -запрет действия по цели координаты , ,и составляющие скорости цели, по которой выдается запрет. Подготовленные сообщения через блок 11 сопряжения и аппаратуру 10 обмена данными передаются огневым комплексам. При поступлении от аппаратуры обмена данными 12 на вход блока 17 сопряжения команд - запретов, адресуемых данному огневому комплексу, координаты и составляющие скорости цели и время приема команды передаются в запоминающее устройство 14, а затем периодически выдаются на экстраполятор 15, который осуществляет расчет координат текущего положения цели. С выхода экстраполятора 15 координаты цели, по которой получена команда - запрет, поступают на первый вход блока 16 отождествления, на второй вход которого с выхода ССЦ 13 поступают координаты цели, обстреливаемой данным ОК. В том случае, когда разность между координатами команды - запрета и обстреливаемой цели не превышает некоторую фиксированную величину, определяемую размерами строба, т.е. есликзоцстр. ,где кз - совокупность координат (, , ) команды-запрета ц, - совокупность координат обстреливаемой цели стр. - размеры строба отождествления, то блок 16 отождествления формирует и выдает на ССЦ 13 сигнал сброса с сопровождения обстреливаемой цели. Применение предлагаемого способа обеспечивает повышение эффективности управления огнем подразделения зенитных комплексов по сравнению со способом - прототипом за счет достижения рациональной степени сосредоточения огня. При управлении огнем подразделения зенитных комплексов с применением способа-прототипа в условиях налета, сосредоточенного по направлению, будет происходить совмещение в пространстве областей поиска огневых комплексов и, как следствие, - одновременный выбор для обстрела одной цели несколькими огневыми комплексами. Обозначим- вероятность обстрела подразделения из М одинаковых огневых комплексовцелей за стрельбу. Для М 4 вероятности 4 можно определить следующим образом 3 где- число целей, из которых производится выбор целей для обстрела. При этом предполагается равновероятный выбор для обстрела любой изцелей. ПриМ 4 получим 1 21 6 4 4 36 4 14234. 64 64 64 64 Обозначим Р 2.2 - вероятность выбора целей, при котором два огневых комплекса обстреливают одну цель,а два другие - вторую и Р 1.3 - когда один комплекс обстреливает одну цель, а три других - вторую. Очевидно,4 что 22.21.3 . Можно показать, что Таким образом, с учетом вероятностейвозможных вариантов выбора целей для обстрела подразделением из 4-х огневых комплексов математическое ожидание (МОЖ) числа пораженных целей при управлении огнем с использованием способа - прототипа можно оценить следующим образом 3 2 4 43.1 3 44,где- вероятность поражения цели одним огневым комплексом. При использовании предлагаемого способа достигается полное разделение огневых комплексов по целям в соответствии с результатами целераспределения. При этом МОЖ числа пораженных целей Э. Таким образом, максимальный выигрыш в эффективности управления огнем по сравнению с прототипом можно оценить как Э. ЭПри 0,8 получим 3,2 1,4. 2,3 При большом числе целей, выбираемых для обстрела огневыми комплексами, а также при неполном совмещении областей поиска выигрыш эффективности по сравнению с прототипом может уменьшиться до В 1,2- 1,3. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.