Preview

Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей»

Расширенный поиск

Методика оценки эффективности информационных средств ЗРК (ЗРС) при обнаружении ГЗКР с учетом динамической ЭПР цели

https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-1-18-23

Полный текст:

Аннотация

Предложена методика, позволяющая оценить эффективность информационных средств зенитного ракетного комплекса (зенитной ракетной системы) при обнаружении гиперзвуковой крылатой ракеты с учетом динамической эффективной площади рассеяния цели. Оценка эффективности осуществляется путем проведения статистических испытаний на имитационной модели и построения вертикального сечения зоны обнаружения. При этом расчет эффективной площади рассеяния гиперзвуковой крылатой ракеты проводится в зависимости от параметров движения цели вокруг центра масс относительно наземной радиолокационной станции обнаружения и ее линии визирования

Для цитирования:


Смирнов М.А. Методика оценки эффективности информационных средств ЗРК (ЗРС) при обнаружении ГЗКР с учетом динамической ЭПР цели. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019;(1):18-23. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-1-18-23

For citation:


Smirnov M.A. Methodology for evaluating effectiveness of air defense missile system (ADMS) information resources when detecting a hypersonic cruise missile, with account for the dynamic target scattering crossover. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2019;(1):18-23. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-1-18-23

Одним из перспективных направлений в рам­ках концепции «Мгновенный глобальный удар» в США является создание гиперзвуко- вых крылатых ракет (ГЗКР). Высокая скорость ГЗКР V = 6...8 M и возможность осуществле­ния полета в диапазоне высот H = 30...70 км могут существенно затруднить обнаружение их существующими информационными сред­ствами зенитного ракетного комплекса (ЗРК) (зенитной ракетной системы (ЗРС)).

При этом принятие решений на выбор оптимальных тактико-технических харак­теристик перспективных информационных средств включает этап оценки эффективности при сравнении их альтернативных вариантов.

В настоящее время создана обширная научно-методическая база [1, 2] для проведе­ния подобных исследований, согласно которой оценка эффективности как отдельных образ­цов вооружения, так и группировок зенитных ракетных войск (ЗРВ) проводится с использо­ванием комплекса аналитических и имитаци­онных моделей, позволяющих оценить эффек­тивность ЗРК (ЗРС) для различных вариантов налета средств воздушного нападения (СВН) и состава группировки ЗРВ по различным ин­тегральным и частным показателям эффектив­ности. При этом показателем эффективности информационных средств являются реализу­емые зоны обнаружения аэродинамических и баллистических целей радиоэлектронными средствами ЗРК (ЗРС) [1].

В то же время проведение эксперимента в реальных условиях для оценки зоны обна­ружения требует значительных временных, материальных и трудовых затрат, кроме того, необходимо наличие летательного аппарата, имитирующего полет ГЗКР. А применение известных аналитических методик возможно только с допущением о том, что цель является материальной точкой со средним или медиан­ным значением эффективной площади рассе­яния (ЭПР) в широком диапазоне ожидаемых ракурсов облучения цели.

Однако при полете ГЗКР в реальных ус­ловиях ее центр масс с высокой скоростью пе­ремещается относительно РЛС обнаружения и изменяется ее ориентация относительно линии визирования РЛС. В результате рассеиваю­щие свойства цели непрерывно меняются. Для описания динамики изменения рассеивающей способности цели используется понятие дина­мической эффективной площади рассеяния, которая представляет собой зависимость ЭПР цели от времени.

В связи с вышеизложенным разработана методика оценки эффективности информаци­онных средств ЗРК (ЗРС) при обнаружении ГЗКР с учетом динамической ЭПР цели, струк­турная схема которой представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Структурная схема предлагаемой методики

 

  1. На первом этапе методики осущест­вляется задание исходных данных для моде­лирования:
  • начальное положение центра масс ГЗКР в геоцентрической системе координат (r, λ, φ), ее ориентация в пространстве, технические характеристики и диаграмма обратного отра­жения цели σ(φn, λn, γn);
  • координаты объекта удара в геоцентри­ческой системе координат (гц, λц, φц);
  • координаты наземной РЛС обнаруже­ния в геоцентрической системе координат (r0, φ0, λ0) и ее технические характеристики.
  1. Положение центра масс ГЗКР задается радиусом r и углами λ и φ (геоцентрические долгота и широта), определяющими взаимную ориентацию осей геоцентрической гринвич­ской прямоугольной и местной географиче­ской систем координат.

Кинематические и динамические урав­нения движения имеют вид [3]:

где gr и gw  - проекции ускорения силы притя­жения Земли на радиус-вектор  и вектор ;

ω 3 - угловая скорость вращения Земли;

X, Y, Z - составляющие полной аэроди­намической силы в проекциях на оси полускоростной системы координат:

Здесь Cx, Cyα, Czß - аэродинамические коэффи­циенты;

S - площадь миделевого сечения;

α - угол атаки;

β - угол скольжения.

Численное интегрирование с заданным постоянным шагом по времени уравнений (1)- (6) известными методами позволяет рассчитать параметры движения центра масс ГЗКР в гео­центрической системе координат.

  1. Для расчета параметров движения цент­ра масс ГЗКР относительно наземной РЛС на каждом шаге моделирования осуществляется пересчет координат г, λ, φ в гринвичскую пря­моугольную систему координат:

ХГЗКР= r cos φ cos λ;             (7)

YГЗКР = r cos φ sin λ;             (8)

ΖГЗКР = r sin φ                      (9)

Затем рассчитываются координаты цент­ра масс цели в топоцентрической (измери­тельной) системе координат РЛС, сначала в прямоугольной по формулам (10)-(12), потом в сферической по формулам (13)-(15):

где N - матрица перехода от геоцентрической гринвичской прямоугольной системы коорди­нат к топоцентрической системе;

ХРЛСХРЛС,ZРЛС - координаты точки стоя­ния РЛС в геоцентрической гринвичской прямоугольной системе координат (рассчиты­ваются аналогично формулам (7)-(9) в соот­ветствии с заданными в исходных данных r0, φ0, λ0);

B0 - геодезическая широта точки стояния РЛС;

L0 - геодезическая долгота точки стояния РЛС, L00;

 - коэффициент сжатия Земли;

dГЗКР - наклонная дальность до цели (центр масс ГЗКР);

βΓ3ΚΡ - азимут цели;

εΓ3ΚΡ - угол места цели.

  1. Рассчитывают параметры движения цели вокруг центра масс относительно РЛС и ее линии визирования - углов нутации φn(t) , прецессии λn (t) и собственного вращения γn (t).

Для этого необходимо вычислить матри­цу направляющих косинусов между связанной и визирной системами координат:

где C - матрица перехода от топоцентрической системы координат к визирной;

N - матрица перехода от геоцентрической гринвичской прямоугольной системы коорди­нат к топоцентрической системе;

P - матрица перехода от местной геогра­фической системы к геоцентрической гринвич­ской прямоугольной системе координат;

L - матрица перехода от местной географи­ческой системы координат к полускоростной;

S - матрица перехода от полускоростной системы координат к связанной.

Углы φn, λn и γn рассчитываются из мат­рицы M [4]:

φη = arccos(m11),                        φn ∈[0,2π],

где m11, m12, m21 - соответствующие элементы матрицы M.

  1. В соответствии с заданной в исход­ных данных диаграммой обратного отраже­ния ГЗКР σ(φn, λn, γn) рассчитывают текущее значение ЭПР в зависимости от ориентации цели относительно линии визирования РЛС σ[φn(t), λn(t), γn(t)] (динамическая ЭПР).
  2. Вычисляют мощность отраженного от цели сигнала на входе приемного устрой­ства РЛС:

где Pt - мощность сигнала, излучаемого пере­дающей антенной;

G(ε,β) - коэффициент усиления антенны; λ - длина волны РЛС;

Ft - множитель влияния Земли и тропо­сферы на трассе передающая антенна - цель (интерференционный множитель);

Fr - аналогичный множитель на трассе цель - приемная антенна [5].

  1. Затем рассчитывают минимальную мощность сигнала на входе приемника, при которой он обнаруживается с заданными ве­роятностями правильного обнаружения D и ложной тревоги F (пороговая мощность) [6]:

где kш - коэффициент шума приемника;

k - постоянная Больцмана;

T - температура;

L - коэффициент потерь в связи с неопти- мальностью приема;

Lнк - потери на некогерентное накопление;

n - количество импульсов.

  1. На следующем шаге проверяют усло­вие превышения мощности отраженного от цели сигнала пороговой мощности на входе приемного устройства РЛС:

При выполнении условия (16) ГЗКР счи­тается обнаруженной на дальности dГЗКР при угле места εΓ3ΚΡ с заданными показателями качества обнаружения D и F.

  1. Используя метод статистического мо­делирования [7], проводят необходимое коли­чество испытаний N на модели (этапы 1-8 ме­тодики) для получения статистических данных по дальностям обнаружения ГЗКР  

при различных значениях угла места цели (рис. 2). При этом координаты цели Ц j = (гjц, λjц, φjц) и начальные условия модели­рования (положение центра масс ГЗКР, ориен­тация относительно вектора скорости, ско­рость и ориентация вектора скорости цели) должны изменяться случайным образом в за­данном диапазоне.

 

Рис. 2. Расчет дальностей обнаружения ГЗКР при раз­личных значениях угла места цели

 

  1. На основе полученных статистиче­ских данных вычисляют зону обнаружения ГЗКР.

Для этого рассчитывают оценки матема­тического ожидания и дисперсии дальности обнаружения ГЗКР для требуемых направле­ний по углу места  с за­данным постоянным шагом Δε:

где di Г3КР - дальность обнаружения ГЗКР, по­лученная при i-м испытании, соответствующая углу места εkΓ3ΚΡ;

N - общее число испытаний на модели. Затем рассчитывают горизонтальную дальность и высоту обнаружения ГЗКР, соот­ветствующие к-му значению угла места цели с учетом сферической Земли:

где R э - эффективный радиус Земли.

Далее вычисляют вертикальное сечение зоны обнаружения ГЗКР путем нанесения на координатную сетку полученных значений   по каждому угломестному направлению εkΓ3ΚΡ и выполняют построение замкнутой кри­вой, ограничивающей зону обнаружения (рис. 3).

 

Рис. 3. Вертикальное сечение зоны обнаружения

 

Таким образом, предложенная методика позволяет оценить эффективность информа­ционных средств ЗРК (ЗРС) при обнаруже­нии ГЗКР с учетом динамической ЭПР цели и может быть использована при формировании характеристик и сравнении альтернативных вариантов перспективных информационных средств с целью повышения эффективности ЗРК (ЗРС) в условиях применения противни­ком ГЗКР. Направлением дальнейших иссле­дований являются программная реализация имитационной модели и получение оценок согласно методике.

Об авторе

М. А. Смирнов
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военная академия воздушно-космической обороны имени маршала Советского Союза Г.К. Жукова» Министерства обороны Российской Федерации
Россия


Для цитирования:


Смирнов М.А. Методика оценки эффективности информационных средств ЗРК (ЗРС) при обнаружении ГЗКР с учетом динамической ЭПР цели. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019;(1):18-23. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-1-18-23

For citation:


Smirnov M.A. Methodology for evaluating effectiveness of air defense missile system (ADMS) information resources when detecting a hypersonic cruise missile, with account for the dynamic target scattering crossover. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2019;(1):18-23. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-1-18-23

Просмотров: 215


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2542-0542 (Print)