Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Января 2015 в 02:56, реферат
Исследования и разработки в области автоматической обработки цифровой информации в радиолокационных системах имели и имеют большой интерес. Это обусловлено тем, что при решении задач управления движением и противовоздушной обороны поступающая в быстром темпе от обзорных радиолокационных систем высокоточная информация должна быть в последующем соответствующим образом обработана.
Рассмотрим физическую сущность информационной перегрузки РЛС и ЭВМ при различных режимах работы. Заметим, что поиск целей основан на использовании временного ресурса РЛС; для поиска целей в условиях преднамеренных помех необходимо использовать как временные, так и энергетические ресурсы РЛС; сопровождение целей обеспечивается за счет временного ресурса ЭВМ. Информационная перегрузка РЛС может возникнуть, если требуется осуществить многократный поиск на больших дальностях за заданный интервал времени. Перегрузка ЭВМ может наступить при высоком темпе обновления траекторий целей. Последний случай наиболее вероятен при сопровождении целей, находящихся на малых дальностях, так как требуется более высокая скорость обновления информации, чем при слежении за удаленными целями. Следует заметить, что ситуации, приводящие к перегрузке РЛС и ЭВМ, различны. Несмотря на это контроллер может обслуживать высокоприоритетные режимы РЛС без сброса частично выполняемых функций меньшей приоритетности.
Функциональные взаимосвязи контроллера с радиолокационной аппаратурой, процессором данных и внешними периферийными устройствами показаны на рис. 1.11. Радиолокационный контроллер состоит из трех подсистем: планирования; программирования; управления в реальном времени.
С пульта управления в соответствии с заданной программой или по требованию оператора в подсистему планирования поступают команды-запросы на включение определенных режимов РЛС (например, режимов поиска или сопровождения). В соответствии с важностью запросов в подсистеме планирования определяется последовательность включения тех или иных режимов РЛС. Затем эта последовательность передается в подсистему программирования, которая с учетом ограниченных ресурсов РЛС и ЭВМ составляет временную программу работы РЛС. На базе программы формируется перечень команд, подаваемых на радиолокационную аппаратуру и распределяемых между блоками РЛС и подсистемой управления в реальном времени.
В ходе функционирования РЛС формируются карты отражений от местных предметов и средств активных помех, а также определяются координаты обнаруженных целей. Полученные диcлокационные данные записываются в буферное устройство и используются для корректировки стандартной программы режимов РЛС. Корректировка осуществляется посылкой в контроллер команд-запросов на новые режимы работы через шину передачи данных, охватывающую цепь управления (контроллер, радиолокационное оборудование и процессор данных). Примерами запросов могут быть: «поиск в условиях отражений от местных предметов» с учетом априорной информации о местности; «подтверждение наличия цели» и «завязка траектории» после обнаружения целей; «обновление траектории» после начала сопровождения цели. Данные, содержащиеся в буферных устройствах обнаружения и. .сопровождения,, периодически выводятся на индикатор РЛС.
С учетом изложенного можно сформулировать концепцию сопровождения целей с использованием ФАР.
Гибкость формирования луча в ФАР позволяет разделить функции поиска и сопровождения. В этом заключается основное отличие РЛС с ФАР от РЛС с механическим сканированием антенны, при котором скорость поступления информации в режимах поиска и сопровождения одинакова. Сопровождение в режиме обзора, характерное для РЛС с механическим сканированием (при каждом цикле вращения антенны формируется отметка цели), в РЛС с ФАР заменяется так называемым «активным сопровождением», при котором осуществляется адаптация скорости получения данных для повышения точности сопровождения. Поскольку скорость получения данных не фиксирована, появляется возможность зондирования траектории цели в соответствии с заданным критерием оптимизации (например, сопровождение траекторий с равномерной по пространству постоянной точностью). Это означает, что маневрирующие цели облучаются чаще, чем цели с прямолинейной траекторией. При этом уменьшаются ошибки алгоритмов сопровождения на этапах сглаживания и экстраполяции.
В ситуациях, когда недостаток информации является критическим, например при привязке траектории, новая отметка цели может быть получена через минимальный интервал времени. Вследствие этого время завязки траектории существенно сокращается и, что не менее важно, не происходит значительного увеличения корреляционного окна в период между моментом пропадания отметки и новым облучением цели. В связи с этим снижается число ложных отметок, который могут появиться в области возможного нахождения цели. Напротив, при механическом сканировании антенны с малой скоростью получения данных существенно увеличиваются размеры строба и, следовательно, увеличивается число ложных отметок.
Запросы на сопровождение, вырабатываемые процессором данных. (ПД) РЛС, преобразуются в контроллере во временную программу. Схема функционирования ПД, контроллера и радиолокационного оборудования представлена на рис. 1.12: Первые два этапа выполняются процессором. данных и. заключаются в предсказании траектории и выработке команды-запроса. На следующих двух этапах, выполняемых контроллером, программируются излучение импульсной последовательности РЛС в необходимых направлениях и прием отраженных сигналов. При обнаружении новой отметки осуществляется ее привязка к траектории. Если привязка прошла успешно, то с помощью алгоритма сопровождения производится сглаживание траектории. Затем сглаженная траектория записывается в буферное устройство. Такой же алгоритм сопровождения позволяет задать момент следующего обновления траектории с учетом сохранения ошибки фильтрации на заданном уровне в течение определенного интервала времени. Эти данные также записываются в буферное устройство системы сопророждения. В тех случаях, когда отметка цели не обнаружена или ее не удалось привязать к траектории, программируется новая последовательность зондирующих импульсов, которая излучается в момент времени, вычисленный на предыдущей итерации.
Следует сказать несколько слов об алгоритмах сопровождения, реализуемых в ПД РЛС с ФАР. Эти алгоритмы аналогичны алгоритмам, используемым в системах сопровождения в режиме обзора с механическим сканированием, однако в них дополнительно предусмотрены средства обработки отметок целей, поступающих с непостоянной скоростью.
В заключение остановимся на возможностях РЛС с ФАР по одновременному сопровождению нескольких целей. При сопровождении целей их дальность (а следовательно, и задержка эхосигналов) приблизительно известна. Это позволяет эффективно использовать весь временной интервал между последовательно излучаемыми импульсами. Рассмотрим процесс сопровождения двух целей А и В, находящихся на дальносалов Ta = 2Ra/c и Tb = 2Rb/c (где с—скорость света). Примем, что для обеспечения необходимого отношения сигнал-шум в направлении на каждую цель излучаются по два импульса с определенным периодом повторения.
Излучение импульсов может быть последовательным (Ra и Rb с соответствующими задержками отраженных сигналов 1.13 а) и параллельным, т. е. со взаимным наложением импульсных последовательностей (рис. 1.13 6). Как видно из рис. 1.13 6, общее время сопровождения по сравнению с последовательным излучением сократилось в 2 раза. Это стало возможным благодаря тому, что последовательности излучаемых импульсов стали более «плотными» и для реализации режима, при котором возможно взаимное наложение импульсных последовательностей, необходим передатчик РЛС, работающий с высоким коэффициентом скважности (0,2...0,3). Такой передатчик может быть создан на базе полупроводниковых элементов, эффективно используемых в активных ФАР.
В предыдущих разделах РЛС рассматривалась как автономное средство поиска и сопровождения целей. В настоящем разделе обсуждаются проблемы сетей РЛС. Основной целью применения дополнительной РЛС, размещенной на другой позиции, является увеличение размеров радиолокационного поля, которое для основной РЛС может быть ограничено рельефом местности или мощностью передатчика. Такой результат может быть получен при минимальном перекрытии зон обзора обеих РЛС; число РЛС, необходимых для обслуживания заданной зоны, при этом минимально. В то же время, если в сети РЛС обеспечивается значительное перекрытие зон обзора, то возникает ряд дополнительных преимуществ.
Первым преимуществом является повышение вероятности обнаружения цели сетью РЛС в течение заданного интервала времени по сравнению с отдельно взятой РЛС. При этом уменьшается вероятность потери траектории цели. С другой стороны, при заданной вероятности потери траектории могут быть снижены требования к уровню вероятности обнаружения каждой РЛС сети по сравнению с автономной РЛС. Для объяснения этой зависимости рассмотрим сначала процесс сопровождения цели автономной РЛС. Предположим, что сопровождение считается сорванным, если при двух последовательных циклах обзора цель не обнаружена. Пусть вероятность обнаружения в одном цикле обзора равна Pd, тогда вероятность необнаружения в одном цикле обзора будет (1 — Pd), а вероятность необнаружения в двух последовательных циклах обзора, составит (1—Pd)2. При этом считалось, что два события независимы. Такое допущение верно, если отсутствует корреляция флуктуаций сигналов в течение цикла обзора. Если в систему вводится вторая РЛС, расположенная в другом месте (в связи с чем ее зондирующие сигналы проходят к цели иной путь), и данные обеих РЛС обрабатываются общей системой сопровождения, то вероятность необнаружения цели двумя РЛС в двух последовательных циклах обзора равна (1—Pd)4. Сравнивая эти вероятности, нетрудно заметить, что в сети РЛС уровень Pd может быть ниже, чем у автономной РЛС. Это позволяет снизить стоимость и требования к излучаемой мощности каждой РЛС. В зависимости от назначения системы применение сети РЛС может быть более рациональным, чем использование единственной РЛС высокой мощности и с большой скважностью излучаемого сигнала.
Другое преимущество сети РЛС обусловлено тем, что ЭПР цели зависит от направления облучения. Для РЛС, распределенных в достаточно широкой зоне, различие ЭПР цели типа ракеты при облучении ее с передней полусферы и сбоку может достигать
20—30 дБ. Это обстоятельство
Еще одним преимуществом сети РЛС является возможность более ранней завязки траектории и повышение точности сопровождения целей, летящих с ускорением или по прямолинейной траектории. Если цель движется с ускорением, то ошибки фильтрации увеличиваются пропорционально квадрату времени между обнаружениями цели. В сети РЛС может быть обеспечена более высокая скорость получения данных о целях. При этом ошибки фильтрации уменьшаются. Если цель движется по прямолинейной траектории, го ошибки фильтрации в основном обусловлены шумовыми составляющими измерений и фильтра сопровождения. Поскольку в сети РЛС данные от двух и более станций могут обрабатываться совместно, точность сопровождения всей системы повышается. Если совместная обработка заключается только в усреднении данных, точность повышается в число раз, равное корню квадратному из числа РЛС сети.
Совместная обработка может дать и более высокие результаты, если координаты целей (например, дальность или угол) используются со взвешенными коэффициентами, соответствующими точности их измерения. Такой подход иллюстрируется на рис. 1.14. Каждая РЛС определяет местоположение цели, измеряя дальность и угол с некоторыми ошибками, зависящими от формы зондирующего сигнала, качества процессора сигналов и устройства выделения данных. Известно, что ошибка измерения дальности постоянна, а ошибка измерения угловых координат обусловливает неопределенность положения цели на прямой, перпендикулярной направлению облучения, причем эта неопределенность растет с увеличением дальности до цели. Указанное обстоятельство приводит к идее о целесообразности определения
местоположения цели с помощью измерения ее дальностей относительно двух или более станций. Такой способ становится особенно эффективным, если лучи РЛС пересекаются под углом 90° (как показано на рис. 1.14). Ошибка определения местоположения представлена областью пересечения зон А1 и А2, характеризующих ошибки каждой РЛС.
Эти и другие преимущества сетей РЛС могут быть реализованы после решения ряда технических проблем. В результате создания сети обеспечивается объединение данных, получаемых различными РЛС, в центральном процессоре, а также оптимальная совместная обработка информации. Процесс сопровождения цели сетью РЛС показан на рис. 1.15. Несколько РЛС с механическим сканированием (например, РЛС1 и РЛС2) и РЛС с ФАР (например, РЛС2) обнаруживают цель и измеряют ее координаты с различной точностью. По линиям связи получаемая информация передается в центральный процессор, который выполняет рассмотренные ранее функции сопровождения (т. е. осуществляет завязку и экстраполяцию траектории, производит привязку отметок к траектории и обеспечивает ее сглаживание), а также осуществляет некоторые другие функции (например, преобразование системы координат, в которой производятся измерения отдельными РЛС, в систему координат центральной станции). Дальнейшая обработка включает компенсацию калибрационных ошибок, влияющих на результаты измерений дальности и угловых координат, так как результаты измерений, выполненных различными РЛС, должны быть согласованы таким образом, чтобы обеспечивалось пространственное соответствие
информации, получаемой от различных РЛС об одной и той же цели.
В настоящем разделе перечислены области применения ЦОРИ. Следует подчеркнуть, что основным назначением ЦОРИ является оценивание и экстраполяция траекторий целей в контролируемом пространстве. Использование этой информации зависит от потребителей, которые могут быть разделены на две большие категории: гражданские и военные. Примерами гражданских применений являются УВД, морская навигация, а военных — противовоздушная оборона, управление оружием, наведение перехватчиков.
В системах УВД траектории оцениваются в интересах обеспечения заданных расстояний между самолетами в воздухе, а также для контроля движения ЛА во время наиболее сложных этапов полета (например, при посадке)
Важнейшей функцией систем управления, размещаемых на наземных и надводных объектах, является предотвращение столкновений. В морских системах каждое судно контролирует движение в зоне обзора с целью обнаружения объектов, представляющих опасность. Собственное судно находится в центре контролируемой зоны обзора, и движение других судов оценивается по отношению к центру этой зоны. При возникновении опасности столкновения та же система формирует наилучшую траекторию маневра уклонения (с минимальным изменением маршрута и скорости движения).
В системах ПВО траектории оцениваются, как правило, для решения следующих задач:
а) распознавания угрожающей ситуации;
б) оценки угрожающей ситуации;
в) выбора применяемого оружия;
г) вычисления упрежденной точки (при стрельбе или пуске ракет);
д) наведения оружия;
е) оценки нанесенного ущерба.
Кроме того, многие функции гражданских РЛС реализуются и в системах военного назначения. Наиболее широкой областью применения РЛС является вооружение и военная техника.
Указанные области применения ЦОРИ имеют одну общую черту: данные, выдаваемые системой ЦОРИ, обрабатываются в течение более длительного интервала времени, чем тот, который необходим для сопровождения цели. Действительно, при сопровождении данные на выходе РЛС сглаживаются только до такой степени, которая необходима для проводки траектории. Последующая обработка данных для выполнения таких функций, как предупреждение столкновений или управление оружием, предполагает реализацию более длительных процедур и более эффективного сглаживания.