автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Помехоустойчивость теплопеленгаторов авиационных систем управления в сложной фоно-целевой обстановке

Для служебного пользования

Экз. X» 02,

На правах рукописи

Поликарпов Анатолий Анатольевич

ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ТЕПЛОПЕЛЕНГАТОРОВ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В СЛОЖНОЙ ФОМО-ЦЕЛЕВОЙ ОБСТАНОВКЕ

Специальность 05.¡3.05 -Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2 СО!

РаЗота выполнена в Государственном инсшугв докладной ошиси

кандидат технических наук Ивзнов В.М

Шшйишншышх: " доктор Фшсо-шгвшзичеспи нате Нвшгодон И. А.

®ШШНШ-ШШШ доктор технически наук, профессор.

-Ч1.-щ>.-АН4ЧН1эсоаш-ВгА.-

кандидат технических наук Алеев Р. И.

¡: ЦКБ "Фат".

"25" 2001 г. в "_" часов

на заклании диссеишионного совета Я 212.079.0-5

пш Казанском государственном техническом университете т. к. Н. Туполева

по адресу: 420111, Казань, ул. К.Маркса, 10.

С диссертацией южно ознакошъся в библиотеке КПУ им. А. Н. Туполева по адресу: 420111, Казань, ул. К. Маркса, ю.

Автореферат разослан 2001 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОЕИАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Авиационные теплопеленгаторы С ДТП) входят в состав автоматизированных систем оборудована летательных аппаратов (ЛА) и используются для:

- управления автоматами сброса помех:

- наведения лазерной устанозки и прицелов вооружения:

- осуществления противоракетного маневра.

Наиболее интенсивно разрабатываются и совершенствуются оптико-электронные прибои обнаружения за Рубеком, например АТП типа AMAR в США, инфракрасная поиска-во-следяшая система ¡F5T для "Евроистребителя 2000", и др.

Разработки АТП вел/тся и в России.

Условия эксплуатации АТП характеризуются: слотстью естественного Юна, вклк>-чаавго как собственное тепловое, так и ограненное солнечное излучение земли: многообразием искусственных помех- ложных тепловая целей еда, костров и т.д.: зависимостью характеристик излучения шлей и помех от высоты, дальности, угла наблвде-ния. раскола топлива и его состава. При этом как в стране, так и за рубежом, в сложной помековой обстанже частые ложные тревоги заставляет пилотов отключать АТП (как и радиолокатора), чтобы они не отвлекали от выполнения полетных заданий, что, в конечном счете, может приводить к потере самолета или вертолета.

Задача разработки помехоустойчивых АТП габует применения методов имитационного математического моделирования, позволяааего учитьвать сложные закона распределений многомерных характеристик сигналов от помех и нелинейные характеристики систем обработки информации в АТП. А этому излш) предшествовать трудоемкое изучение кн-йрмашонного содержания принимаемых сигналов, процессов обработки информации в сигнальных трактах АТП и травил принятая решения.

До настоящего времени это не было сделано в дотом оотеме, например, при моделировании функционирования АТП недостаточно учитываюсь изменения во времени характеристик сигналов от целей и помех в условиях полета ЛА. К тому хе эффективность известных методов имигащонного моделирования резко снижается в случае приближения оцениваемой вероятности собьтия к нулв С а для АТП требуемая вероятность ложных тревог очень близка к нулю).

Все это затрудняло определение параметров схем АТП, необходимых для их правильного функционирования в сложной йомо-целезоа обстановке.

Мель табпте заключалась в определении путей повышения помехоустойчивости АТП в составе автоматизированная систем оборудования летательных аппаратов.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следушие задачи:

1. Определить характеристики входных сигналов АТП с использованием существующих математических моделей силы излучения целей и искусственных помех, а также натурных реализаций полей энергетической яркости Фонов для условий полета JIA.

2. Разработать мгтодику и алгоритмы имитационного математического моделирования Функционирования АТП, учитывая еозмотость сильной изменчивости во времени характеристик входных сигналов вследствии изменения относительного положения АТП и визируемых объектов в условиях полета ЯА.

3. Провести вычислительные исследования по' обнаружению целей на сложном Фоне теплопеленгаторами с различным составом и характеристиками схем по значениям обеспечиваемой дальности обнаружения целей и вероятности ложных тревог и сравнить ре-зульты расчетов с натурными данными.

4. Использовать результата моделирования для определения технических путей создания ДТП с повышенной помехоустойчивостью.

Нпвши научными результатами. полученным! лично автором диссертации, ямяктгся:

1. Матамагические модели сигналов от шлей и помех на входе ДТП в различных спектральных диапазонах для условия полета Am на самолете или вертолете.

2. Признаки отличий сигналов от шлей и помех, а также их количественные харак-лерюиа^-Подоженные в основу новьк схемных решения по обработке сигналов.

3. Математическая модель функционирования АТП и оценки их оснбвнжпоказателейг таких, как дальность правильного обнаружения целей и вероятность ложных тревог, позволякшая исследовать эффективность схем построения ATT! и алгоритмов их функционирования в сложной Юно-целевой обстановке.

4. Новые методы и средства обнаружения и распознавания сигналов от шлей по временным, пространственным, амплитудным и спектральным признакам, в том числе комбинированный алгоритм адаптации чувствительности АТП к фону и спектральной селекции сигнаюв, а также алгоритм опознавания атакующего Факельного объекта и определения дальше™ до него пассивным ютом , что шлет к новому качеству в создании АТП с повышенной помехоустойчивостью и позволяет правильно определять моменты применения средств защита против атакувдх обгегав.

№тп!ш исследований- имитационное математическое моделирование и вычисли-тельнье эксперименты на основе теории оптимизации решений применительно к автоматизированным системам управления.

Апгтпвррноггь и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются использованием экспериментальных данных и современных математических моделей при описании излучения целей и помех, а также совпадением результатов расчетов с натурными данными для сопоставимый условий.

гша^тичрпедя пряность выполненной работы заключается в создании имитационной математической модели функционирования АТП в сложной Фоно-целевой и помеховой обстановке и на ее основе- определении путей, ведущих к новому качеству в создании АТП с повышенной помехоустойчивостью, а также в создании и промышленном использовании ряда способов и схем для улучшения параметров АТП.

Опчовнмр пп.ппжрнияг йннпгимнр на зашпу:

1. Показатель эффективности обработки сигналов в АТП на основе отношений амплитуд сигналов от целей и помех в разных диапазонах спектра излучения, и связь этого показателя с вероятностью локных тревог АТП.

- 3 -

2. Имитационная математическая модель входных сигналов и модель функционирования авиационных теллопеленгаторов, обеспечившая определение их параметров, схемных решений и правил принятия решений для ело,дай Юно-целевой обстановки на основе предложенного показателя эффективности обработки сигналов.

3. Метод обнаружения иглей авиационная теплопеленгатором с регулируемым амплитудах порогом обнаружения по Фону, обеспечивавдй повышение дальности правильного обнаружения факельный объектов при одновременном уменьшении на несколько порядков вероятности ложных тревог от бликущего солнечного Фона земли за счет спектральной селекши помеиовых сигналов и исключения таких сигналов при формировании порога обнаружения.

4. №тоа Опознавания Факельного обгекта с одновременная определением дальности до него в градации "дальняя-ближняя" зона по совокупности сигналов авиационного теплопеленгатора в разных диапазонах спектра излучения.

5. Технические речения, использсваннье для улучшения параметров АТП.

Основте результаты опубликована в 32 печатных работай, в том числе 5 статьях, аналитическом обзоре, 2 тезисах докладов и 24 описаниях изобретений, и докладывались на научно-технических конференциях и семинарах.

Диссертация изложена на 119 страницах, включает 29 рисунков, 20 таблиц и состоит из введения, 3 глав, заключения с вьводами, списка литературы из 111 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

в главе 1 на основе анализа эффективности сушйствуших схем АТП и требований к ним определены задачи по созданию АТП с повышенной помехоустойчивостью.

Входные сигнала АТП определяются с использованием имепшея экспериментальных данных и иззестньн математических моделей излучения целей и помех:

- для естественного Фона и протяженных объектов в зависимости от их спектральной яркости и элементарного поля зрения АТП;

- для точечных объектов в зависимости от спектральной силы излучения и дальности до ник, с учетом пропускания атмосфера;

- для других объектоз и солнечных бликов в зависимости от дальности до них, их углового размера и угла рассеяния излучения, с учетом пропускания атмосферы.

Используемой в АТП информацией является переменная составлявшая входной облученности.

Реализации фона с необходимыми для анализа ДТП характеристиками моделируются на основании известных методик как двумерные сигнальные поля с заданными интервалами корреляции. Формой плотности распределения амплитуд сигналов и коэффициентами взаимной корреляции сигнальных полей для разных диапазонов спектра излучения, опре-

лрдачш на основ? анализа натурных реализаций Фонов.

"спектральная плотность сила излучения СОШ шей и кдасотк помех -;гре-

деляется как , , п

где первое слагаемое обусловлено излучение» пламени, второе и третье слагаемые -соответственно собственным излучением поверхности обтекта и отремош от oou.ua V,'' пучондам солнца;

щСр - спектральная плотата, энергетической яркости «Ш поверкносп,

объекта при температуре Т:

л - угол между осью струи и линией ее аиздаования

хПл - пропускание пламени;_

чсю - визируемая площадь поверхности ооичлч.

^ние ояепнш обдаст самолетов, ьктрелсв аргаст трасеров, ж*-теуничесш локных теплавьх целей С ЛТП), горязвй древесины, гоеяда огнесмесе^ сигнальных и осветителе средств и взр©ов боеприпасов определяется г,с иешк* для них математическим выражениям и ошчесш моделям.

' уодчрнир поверхности ойепа опрелеляетея аэродинамическим нагревом и длч е. о расчета задается гооФиль V, скорость полета, размер« деталей поверхностей и их теп-

лоФизические характеристики.

Сигиаи от объектов на входе Ш определяются с учетам пропускания издучем,

ха(5\,ГО на -шассе их визирования с помощью программ типа 10ЯМ как

га(\ Н)=хао(А. Н) -"СмпСА, Н)-тмс>СА, Н).

(2)

где Н- высота трасса, ао- аэрозольное ослабление, мп- молекулярное поглощение и «г-

мол:,кулярное рассеяние.

' На основе анализа э№швности используемых метилов едгпании чувствите.^,-та ш к йчу и селекции сигналов от целей и помех показано, что задача обеспечения помрхсустойчивосте АН! в сложной помгховсй обстановке сстается кершннои. что поптверадается результатами натурных иоскямаюА приьорсе а таблице 1.

В приборе первого тага использовазась делам чувствительности к ио>,у ,.о сигналам анализатора Оона СА®).' При этом определялось максимальное значение амплитуда сигналов з К-к кадре, используемое для Формования амплитудного порог« • т

селекции сигналов в К+1 кадре.

В приборе второго тала устенашвзлся «псяюаия амплитудный _ порог санкции сигналов по собственному шуму лрибэра. Сигналы, пеняю» этот порог, проверялись' на принадлежность долям по условно названному "сине-красному" отношению .амплитуд сигналов е разных диапазонах спектра излучения.

Требуемый период ж>тт тревог для ДТП обычно составляет не менее 1000и Ь приборе первого типа это требование обеспечивалось, кроме искюштслькс шшх го-мекови ситуаций с сигналами от солнечных бликов. Реэтльтагш для второго прибор уступали результатам для прибора первого типа.

Результата исгапэдий приборов

Таблица 1

Тип ДТП

Период лотам тревог ЛТ, с.

1) Однодиапаззннмй по спектру с адаптацией по АФ (avn-литудиая селекция)

I Солнечная дорожа Сплошная. I на снегу

облачность 1-;--

|Нз солнце I От солнца

Промышленная зона

116-35 i 23 ! 48 2

65

без адаптации к фону (спектральная селекция)

2) 2-диапазонный по спектру

По внутге-! Фон земли

ннему шуму j---—I-

S Пасмурная i Ясное сол-I погода |нце

Промышленная зона

г 1000 I 20 ) 6 Увеличение Ж

Приведенные результата указьваюг на то, что чаше всего причиной локных срабатываний ДТП являются солнечные блики от земной поверхности, которые препятсшот правильному обнаружению и распознавании атакунга целей.

В диссертации показана необходимость развитая методов имитационного математического моделирования Функционирования ДТП для определения путей повышения их помехоустойчивости на сдзмш бгждаем Фоне земли.

Еина_2 посвящена разработке методики имитационного математического моделирования для определения путей создания ATI с повышенной помехоустойчивостью.

Для этого используется следующий математический аппарат.

Среднее квадратическое значение облученности Фоном входа АТП определяется как

где цШ - спектральный коэффициент вариации яркости как часть КЛ), представлякь шая ее среднее квадратическое значение;

- здамгшздкй телесный угол зрения АТП; бис- длина и ширина одного элемента Фотоприемника; f - Фокусное расстояние оптической сиситемьс тчю - спектральная характеристика чувствительности АТП; s - индекс спектрального диапазона, "к" или "с".

В тех же единицам, что и вф, определяется среднее квадратическое значение шума ATD, приведенное к его входу, как

(3)

6ir(4/(jr.F.-to']»)'Cb-c'oF)°.5

где оИ - полоса пропускания частот электронного тракта: Л - диаметр входного зрачка АТП : О* - обнаружительная способность Фотоприемника (ФПУ); тъ - используемая в АТП доля входного сигнала. Ссно-шумовые массивы для АТП создаются как

3)• бшс-КварссП +ССС1, з)'Р+С1-р)'ВС1,з)3'бфС.х0= ,

где В, С. Ешк и Ешс - незаЕисимьЕ нормированные Численные массивы (с нулевым средним и равным 1 среднеквадратичешм значениями);

.идя рядных лизпазонов спектра. бщк и еще - средние квадрагические значения шумов АТП, определяемые по Формуле (4) для соответствуших значений то и .0* Фотоприемшов в "к" и -с" спектральных диапазонах;

КварЧ IМ +<Ж N1) -0,5) • Квр, (6)

где Квр - максимальное относительное отклонение обнаружительной способности элементов ФПУ от среднего значения;

КпСШ - случайное число в диапазоне (0...1).

Сила излучения объектов для АТП представляется в виде разностной (контрастной) СПСИ, определяемой как:

1=11+12+13-1®, (7)

где П - СПСИ пламен;

12 - СПСИ поверхности объекта;

13 - отраженное от поверхности объекта излучение Солнца или других источников излучения, а 1ф - СПСИ фона.

Значения создаваемой объектами облученности входа АТП в б-м спектральном диапазоне в единицах Вг/м^ определяется как: 1 п

Л

где выражение в квадратных скобках представляет СПСИ поверхности или пламени объекта;

Ь.Ш- спектральная яркость "п" составляй« пламени и поверккости объекта, определяемая как яркость АЧТ при соответствуших температурах Ъ: Р. - расстояние до объекта;

ЗпСоО - площади визируемым проекций составляющих пламена и поверхности объекта при угле визирования а;

ЕпСоо - соответствующие коэффициенты излучения. га(Л) - спектральное пгопускание атмосИеры;

Особенностью определения излучения факела по Формуле (8) является расчет эффективной площади пламени факела как

- 7 -

Sn<ifl=[274.G«tD3'T/(Micexp(-H/8.03))]^ -since.

а коэффициента излучения как

€пМ=Г1-1/ехрС£'.кН, СЮ)

где Т)гФ>:

к=[ 7,6« lCH* О л* Г'-• Иф/s >.?( 2- H/3.03)Ji^/sirei; G - массовый расход топлива, г/с; Н - высота объекта над поверхностью земли; Т - температура пламени:

1га - время пребывания горючего вещества в реакционной зоне пламени, мс; Мф - молярная масса пламени Факела, определяемая как Э^.фт. т.е. как сумма произведений молярной массы Мл компонентов на их массовую долю ун:

£(л. Т)т - спектральные коэффициенты поглощения излучения л компонентами факела. Излучение Факельных объектов характеризуется тягой Q, временем работы двигателя tpafi, значениями tp:?, G и углом визирования оси струи d. G и Т определяются типом объекта и составом топлиза. Облученность, создаваемая помехой- солнечным бликом на вкояе АТП. определяется как:

ЕС Л, R)=jEo(!v)»S»taC\,W»ta6i(A)*p(A)*t(A)»dV(S + w;R2), ill)

где Ео - солнечная постоянная;

S - площадь бликушей поверхности, например, 1x1 м^; та( л, R) - пропускание излучения на трассе визирования блика; т(Л) - спектральная характеристика АТП; а - эффективный телесный угол рассеяния блика: R - расстояние от бликукщей поверхности до АТП. • Преобразования сигналов в АТП описьвается с помольп следугаих выражения. Спектральная фильтрация излучения определяется спектральными характеристиками обтекателя тоб(А), светофильтра тсф(70, фотоприемника излучения тфп(А) и оптической системы хос(А) как

т'(А)= -СобСА).тС{<:А).гфп(А).Хос(А)-5а, (12)

где Sd- коэффициент использования площади входного зрачка АТП. Относительная еле оральная характеристика АТП определяется как

г(А>т'(«/Го , (13)

где то=тахСт'(М) - используемая доля входного сигнала.

Все преобразования сигналов отражаются как изменения амплитудно-пространствэн-Нзй характеристик двумерного сигнального поля.

Вариация чувствительности элементов учитывается умножением значений шумового массива AmCi, 0 построчно на весовые коэффициенте КварШ, опрелэляемые по Формуле (6).

Сигнал ст точечного объекта описывается косинус-квадратным импульсом или гаус-соидой со случайным полотенцем в интервале меда центрами смежных элементов ОТ/. .Амплитуда таких сигналов пропорциональна коэффициентам пеленгационной характеристики клх или той доли энергии сигнала, которая попадает на элементы Фотоприемника. Для выравнивания пеленгационной характеристики сигнала смежных элементов могут попарно суммироваться как

А'Съ 1)= АС 1. 1>КчувП)+ АС 1+1, ]МчувП+1), (14)

где КчувОМ^РпС N20-0,5)-Кчв. (15)

а Кчв - коэффициент относительной неоднородности чувствительности каналоз АТП и

Рл(N2) - случайное число в диапазоне СО. ..1).—-----

Кчв зависит от тщательности выравнивания чувствительности каналов АТП с разными элементами Чотоприэыника.

Для точечньн объектов коэффициенты Кпх, находящиеся в диапазоне от 0 до 1. представляет функцию Г(х) случайного отклонения кружка рассеяния ОС от центра элементов ФПУ и определяются как

Кх>С.5'[ Ф<( х-!В/2)/г>+Ф<( | х-в/2!)/г>] *0(с/2г), (16)

где Ф<...> - интеграл вероятности;' - - средний радиус кружка рассеяния; х - отклонение кружка от центра площадки. Кпх для сигналов без суммирования определяется га

Кпх=Кх>КчувС1), (17)

а для сигналов с суммированием как

Кпх=Г 1С XI) -КчувС У1 )+Г2( х2) -Кчув(у2), (18)

где Г1 и Г2 вычисляется по формуле (16) для 2-х смежных элементов ФПУ, а у1 и у2-номера каналов АТП.

Пространственно-временная Фильтрация сигналов АСь.-О осуществляется в виде:

1) дзэйной конечной разности, например, по координате о, как

А'(1,,1)=АС 1, .1) +АС1, т+1)-АС 1, л-1 )-А( 1.1+2.): (19)

2) полосовой Фильтрации в виде свертки М.1..0 построчно с передаточной функцией и-ггггро-диМерендорушего фильтра НС л) как

- 3 -

Пространственно-временное преобразование элементов массива А(ьл) осуществляется умножением значений .1 на ц>,5 - длительность сигнала, которая .соответствует одному пикселу изображения.

Коэффициент передачи Фильтром амплитуды сигнала от цели Кц и искусственной помехи Кл как точечных источников излучения определяется как результирующая амплитуда от входного 'косинус-квадратного сигнала АО) с единичной амплитудой

ЙЬ-Кп=гаа>Оа>Н:1)), (21)

Б направлении по столбцу (по линейке Фотэприемников) может также использоваться Фильтрация сигналов типа двойной конечной разности го (19) с заменой 1 на j и ^ на 1.

Амплитудный порог определяется как

ипор-Ко.Кс-йИЖ, С 22)

где и®1 - опенка фона, а Ко, Кс и Ки - коэффициенты передач/ Фона. Адаптация порога по Фону монет осуществляться следующими способами.

1) Методом А$- по величине максимальной амплитуды сигналов предыдущего кадра при Кс=1 как

1)пор= Ко • Ки • макс( А( 1, л)). (23)

2) По суше локальных максимумов амплитуд сигналов в кадре как

т

ипорС 1)=Ко-Кс*Ки-2 ТМЗСл-и-КЬ) , (24)

ЬЛ

где ТМЗ( 1-1) - текущие максимальные значения или локальные' максимумы сигналов АС 1..1-и, выбираемые при значениях 1 от 1 до !К:

1К - число учитываемым элементов интегрирующей цепочки; И и - весовые коэффициенты интегратора.

3) Методом НАФ- по сумме абсолютных значений текущих сигналов

1К

1!порСл) = Ко• Кс• Кя• I IАС ь 01/1К, (25)

1=1

где 1К - число строк (число элементов ФПУ).

4) По среднему квадратичэснзму значению для всех сигналов А(1,.0 или только для сигналов тезс.ч).

Множители Кс и Ки, характеризую« сложность и изменчивость Фона, определяется по предшествуй» кадрам:

Кс - как значение относительного максигума сигналов в кадре; Ки - как изменение Кс или максимума сигналов от кадра к кадру. Множитель Ко определяется как

- 10 -

Ko=[lti(Fl3-tlVln(FiiJ.t2)}c.5

где ti - допустимый период ложных треЕог для ДТП; tz - период обзора 1 кадра; Fiti - частота пума.

Принадлежность сигнала U цели определяется следующим образом.

1. Амплитудная селекция: если li^Unopora, то Формируется признак цели "111"=1, а в других случаях "Ц1"=0.

2. По длительности сигналов- числу пиксел в изображении объекта: по строке кадра "Ц2"=1 или "Ц£"=0; по столбцу кадра "113"= 1 или "Ц3"=0.

3. По отношению амплитуд сигналов не и №. в двух спектральный диапазонах: если Uc/Ufc-порога, то формируется признак цели "Ll4"=l, а в других случаях "L14"=0.

Попускается использовать и другие варианты селекции сигналов.

Принадлежность сигнала дели по всем i признакам от 1 до о определяется как

п

г: "Ш"=1. (27)

Все виды селекции осуществляются для ы сигналов от 1 до Ntg. Местоположение этих сигналов в массиве A(j,.i) может определяться по случайному закону или с некоторым Фиксированным шагом по строке и сшбьу массива А( i, ,i).

Показатели помехоустойчивости АГП определяются согласю схемы на рис.1.

По этой схеме после ввода исходных данных по составу АТП и условиям его работы рассчитываются спектральные характеристики АТП для "к" и "с" диапазонов спектра тЯА) и тЯ>,).

Затем для двух Фоновых ситуаций: на простом облачном Соне и на сильном и сложном Соне земли, при положении АТП на большой и малой высоте Н, производится расчет СПСИ объектов-помех 1пСЛ), облученности входа АГП Епк и Епс и отношения этих оолу-ченностей уен" как характеристики объектов-помек на входе ЯП.

Лалее определяется пропускание излучения в атмосфере та на трассе визирования объектов.

Дальность Rn до помех типа солнечных бликсз, визируема под углом оСп по отношению к местности, определяется как Rn--H/sin(rfn).

Для целей, характеризующихся режимом максимального и минимального расхода топлива G, и с различными по углу d ракурсами визирования целей, определяются аналогичные характеристики lu(/0, EuK, Euc и зъх".

С помощью процедуры "шп" определяется значения двух порогов для отношений амплитуд сигналов в "к" и "с" диапазонах спектра уатп11 и уатп0, .удовлетворяющих условиям: с первым порогом- обнаружения объекта-цели с требуемой вероятностью (например, 0,95): со вторым порогом- получения одной ложной тревоги от объекта-помехи.

С помощью процедуры "Егор, РлГ' определяется значение пороговой чувствительности АТП и вероятности ложных трезог для порогового по амплитуде сигнал,а от объекта-помехи, при использовании тпц в качестве порога спектральной селеши.

Работа процедур "шп" и "Епор, Рлт" осуществляется в итерационном режиме для последовательного приближения искомой дальности действия АТП к ее оконча-

к

-------т----------------'

Ввод: Характеристики АТП, Фона и об№ктов; высота ДТП Н1 и Н2; углы визирования объектов ей и «С; начальная дальность Яо: состав и раскол горючего «2,2); оп=0,01; л1=кЫООО; КМ.

Рис.!. Схема моделирования функционирования АТП

тельному значению, когда создаваемая целью облученность становится равной пороговой чувствительности АТП.

Методика и алгоритм получения пороговой чувствительности Епор, которая входит б расчет дальности действия АТП, основана на определении значений порогового сигнала в Ntg (например, Ntg=400) точкам Фоно-шумового массива.

Пороговые значения входная сигналов АТП в "к"-м спектральном диапазоне определяются как

Vkt=Ca*Unop1^ - A4M)-s]/[KU'tbK«KnxK(M)], (28)

где UnopK - значение амплитудного порога по фону;

АЧ м) - значение подстилащэго фона для сигнала с номером м;

-сн—Kr-^(TiiinnMPHT^.a"Hr.rMPi!Kunrn ддпппнрция площадью объекта телесного угла

зрения АТП и;

м - номер сигнала цели или импульсной помехи от 1 дс Ntg: KUil - коэффициент передачи амплит/лы сигнала от оогекта по (21); Кц=-1 если выбран вариант Фильтра по (19); КпнЧмМ - коэффициент пеленгационной характеристики АТП для сигнала с номером м; - коэффициент, учитывавши вклад сигнала от цели к пороговом1/ амплитудному уровни селекции, рассчитанному только по Фоновым сигналам.

Необходимое для селекции значение входного сигнала от цели в "с' диапазоне спектра определяется как

Не =UK-}Wa , (29)

где зъх" - отношение амплитуд сигналов от цели на входном зрачке в спектральных диапазонах тЖМ и тЯТО.

Полученные таким образом Ntg значений сигналов Uk. превышаших пороги селекции, упорядочиваются по возрастанию амплитуды, и амплитуда сигнала с порядковым номером

N=Nig/(l~Po6K)+l (30)

определяется как искомая величина Епор.

Алгоритм определения R- предельной дальности действия АТП, основан на ее получении из вырагкения

Ец(Ю=£пор. (31)

Отличие сигналов от целей и помех в АТП характеризуется величиной

г=мин(мтпп)/макс(УАТпц). (32)

Максимальные и минимальные значения удтпц и уатпп выбираются из полученных в условиях визирования объектов с двух высот.

Отличие сигналов от целей и пот на в те АТП определяется аналогично как

- 13 -г' - минСувх11)/массе Увкц) •

Изменения услозий визирования обгектоз, а гагав изменения состава и параметров блоков АТП сопровождаются изменением показателя

1Ь[Г<Г']0,5..о,5 , (34)

характеризущего отличия сигналов от целей и помех, а так« способность ДТП использовать эти отличия, поэтому значения л в габоте использованы в качестве показателя эССектевности обработки сигналов в АТП.

3 результате проведения серии вычислительных экспериментов для различного состава и характеристик схем АТП и сопоставления полученным при этом значений Rum могут определяться параметры АТП, при которых дальность действия АТП и вероятность ложных тревог удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Шаз_3 посвящена вопросам определения требуемых параметров схем АТП для работа в сложной осно-целевой сбстановке. а также результатам разработки и использования новых методов повышения их помехоустойчивости.

Предложено правило выбора спектральных диапазонов АТП, максимизирувде отличие Факельных целей от различных помех по "сине-красному" отношению амплитуд их сигналов. При этом показано, что дополнительный спектральный диапазон долдан включать участки спектра, расположение по разные стороны от основного спектрального диапазона, Еьйираемсго в области 4^5 та.

Для определения правил регулирования амплитудного порога адаптации АТП к Фону были исследованы и выбраны как наиболее зФйотвные варианты схем с мгновенной адаптацией ("МАФ" по Формуле (25)) и с задержой адаптации на период смены кадров ("АО" по формуле (23)).

На рис. 2 приведена характеристика P=f(K) по данным натурных исследований Фона, где К=Ки- отношение максимальных амплитуд сигналов для 2-х последовательных кадров, а Р- вероятность соответствукшх значений К. Период сиены кадров составлял 1,1 с. Согласно рис.2 в случае установки в АТТ1 коэффициента передачи Фона Ки=К=1,бб при адаптации по АФ вероятность лохной тревоги в кадре могла бы составить Рлт»Р=0,02,-что соответствует периоду ложным тревог 55с. Это близко к экспериментально полученному з натурных условиям значению 65с для АТП со схемой АФ, при сопоставимых Фоновых условиях.

3 соответствии с характеристикой на рис.2, для получения в таком случае периода ложных тревог АТП не менее допустимого значения, например 10000с, необходимо устанавливать Ки>5. Сравнительные исследования эффективности АФ и МАФ в диссертационных исследованиях показали, что при адаптации по МАФ достаточно было бы использовать коэффициент Ки=2,9, и в этом заключается преимущество МАФ перед АФ.

Но для A1TI недостаточно только описанных вариантов адаптации к Сану, т. к. в случае больших значений Ки, требуемых для зашиты от бликуияего солнечного Фона земли, амплитудный порог селекции сигналов может оказаться слшком высоким и требования по дальности обнаружения целей могут оказаться невыполнимыми.

Такой случай был исследован для однодиапазонного по спектру АНН с адаптацией по АФ и для двухдиапазонного АТП2 с адаптацией по МАФ к дополнительной спектральной селекцией по "сине-красному" отношению амплитуд сигналов.

В таблице 2 приведены результаты этик исследований [ 8], которые проводились следующим образом.

Для АТП1 и АТП2 с диаметром входного зрачка Д=60 мм и угловым, разрешением приблизительно 1 мгдя, для двух значений высоты ДТП 0,2 км и 5 км, оценивалась дальность обнаружения с версятностью 0,95 вспышки объекта с расходом топлива 1,4 кг/с на простом и слотом псдсшащем Фоне. Значения спектральных диапазонов ДТП указаны в табл.2. Слабый Фон с нормальным распределением яркости создавал входную облученность, сопоставимую с пороговой чувствительностью ДТП. Сложиьй Фон превышал аабый по дисперсии на порядок и характеризовался возможностью относительного изменения пт калю к кащгавгташтг^акгимумэ-аюновьр^иоат Ки по тов-помех типа солнечного блика, излучения костра, и перепадов яркости м для слабонагретых источников излучения определялась вероятность Рлт их ложного определения как целей, а также величина ш по Формуле (34).

В табл.2 приведены полученные значения Рлт, и и дальноста Р обнаружения целей:

М- на простом фоке и адаптированных АТТ1 только к такому Фону;

Й2~ на сложном Фоне и адаптированных АТП к такому Фону;

Р!3- также на сложном фоне для АТП2 пои совмещении адаптации к Фону со спектральной селекцией сигналов от объектов.

Адаптация АТП к Фону и селекция сигналов осуществлялись следуюаим сбразом: для АТП1- только адаптация амплитудного порога по (23); для АТП2- блокирование Фоновых сигналов, превышайте пороги спектральной селекции, и адаптация по (25) по всем Фоновым сигналам при расчете К2, а при расчете КЗ - адаптация по (25) по оставшимся после селекши сигналам.

Для АТП2 в табл. 2 приведены также результаты для случаев увеличения в 1.5 и 2 раза значений порогов, рассчитанных по (25).

В третьем случае (пои определении РЗ) преимуществе АТЛ2 перед АТП1 по дальности правильного обнаружения целей на сложном Фоне составляет приблизительно 2 раза, а подавление сигналов от бликунцих на солнце источников излучения для АТП2 характеризуется исключительно высокими значениями и.

Аппроксимация по результатам исследований связи Рлт и ш выражением Рлт=ехр(-1,5ш-3пг) позволяет оценить вероятность ложных; трезог по значениям ш. Так. при п>5, что характерно для сигналов от солнечных бликов, Рлт^-33, и это удовлетворяет лкбым требованиям по вероятности ложных тревог АТП.

Для помехи типа "костер" показатель и также может иметь сравнительно высокие значения- до 2,6.

Результаты таблицы 2 показывают, что яри адаптации чувствительности АТП только по оставшимся после спектральной селекции сигналам можно избежать сильного загруб-ления чувствительности АТП на бликущем солнечном Фоне земли и таким образом сохранить максимальную дальность обнаружения целей.

Р

К

Рис. 2. Вероятностная характеристика относительного максимума сигналов К

Р лг

Рот от показателя отличий деле-помеховых сигаалов ш

Таблица 2

Результаты расчета показателей помехоустойчивости АТП

-г—-------------1

II Вероятность лодаьк ттевог от импульсных помех II Рлт и соответстнущие ей значения и. И И, К2, ЙЗ - дальности действия АТП, км

АТП1

АТП2

Варианты

<л=

оАк=4,4-4,9 мкм

оАс= I

аЛс=

114,4*4,9

иссле-й мш II

дсванийИ

3,4-4,11 3.0-4.1 мкм I 4,7*5,5 мкм

щда -1---

I Ампл. порог I к1 -т- х2

.Ампл. порог XI —1— к!, 5

4-

Рлт

Рлт I и IРлт1 и 1РлтI ш I Рлт| я |Рлт1 и

Солнце И 1

О 15,71 0 16,1! О 19,21 0 ¡5,41 0 ¡6,5

Костер 1 1 —г—II---

—1—1-1--1-—I---1--1—I—1—

О ll.il О II.Ы 0 12,41 0 12,01 0 12,6

120011 1

0,2410,410,110,51 0|И0 11,3! О 11,5

110011 1

ОТ, ¡—в-

К I 7511 1 I-II-

I 5011 1 |-ц--

I 40И О.Э

0,8110,2Ю.81С,310,210,510,ОНО,91 0 ¡1,1

10,910,:

- Ю.0Ы0,8! О ¡1,0

0,9310,110,910,110,110,410,0210,81 0 11,1

0,391 0 10,41 О I О I - 10,0110.81 0 ¡1,2

ЗОН 0,4

0,02| О 1 0.1 О

I 0. 10,81 О I -

2011 О

О I О I 0,1 О I I 10 1-10 1 _|-J--и-1_

И. 16,02*15

-^-1--

6,С8*15|6,09*1514,7&-1116,03*15 15,05*13

Й2 ¡2,3*5,

3,1*7,5

ЙЗ

4,1*10,4

Перед АТП может ставиться задача распознавания объектов в группе "факельный об№кт--самол;т-ЯП1". Для этих исследований были выбраны спектральные диапазоны <эЛЗ--3,0...4,1 мкм, оЛ5=4,3'5.0 мкм и а?$=?И2 мкм. Требуемая вероятность распознавания объектов составляла не менее О,Э. Условия визирования объектов по высотам устанавливались от 0.1 км до 5...10 км, а по дальностям от 0,5 км до максимальной, определяемой чувствительностью АТП и силой излучения объектов.

Результата приведена в таблице 3. При этом алгоритм распознавания объектов вмшал следушиэ этапа:

- обнаружение объекта в одном или сразу в 2 или 3 спектральных диапазонах;

- сравнение отношений амплитуд сигналов с пороговым значением:

- режние о типе объектов в зависимости от результатов предыдущих операция.

Наказана возможность оценки дальности до Факельного объекта пассивным методом

как "дальний-ближний" по совокупности сигналов в спектральных каналах АТП.

Приведенные в табл. 3 значения отшмений 45/113 и Ш/из могут измениться при вьь борэ других нарактеристк АТП и в каждом конкретном случае могут быть получены на основе разработанной методики моделирования функционирования АТП.

Для определения Факторов, от которых зависит помехоустойчивость АТП, и оценки чувствительности модели к изменениям исходных данных, был проведен ряд экспериментов, когда изменялись характеристики АТП и условия наблюдения целей и помех.

По результатам этих экспериментов построена характеристика Рлт=Г(т) на рис.3, которая характеризуется среднеквадратическоя относительной погрешностью 6=0,24 и аппроксимируется зкспоненгой типа Рлт=е>:рС-1, Бш-Зш^).

Необходимые характеристики АТП могут определяться при выполнении требований по дальности обнаружения целей при определенном значении и. Так, например, для допустимого периода ложных тревог АТП тлмоооос и времени кадра 1с, когда Рлт=1(И, золяно быть 3*2,1 (с учетом погрешности получения характеристики Рлт=Т(ш)). Зля блжушего солнечного Фона и излучения костров (пожаров) это условие выполнимо.

Б период диссертационной работы автором и с ого творческим участием были создана и использованы ряд способов и схем для улучшения параметров АТП, обеспечив»«:

а) селекцию атакующих излей по их особенностям- внезапному появлению [ 10], изменению траектории [ 3], перемещению относительно других объектов [ 12,13];

б) различение объектов за счет спектральной селекции сигналов [28] и уменьшения погрешности определения их характеристик [15,25];

в) повышение помекозаданенностл за счет адаптации чувствительности АТП к Фону 20], а также использования навигационных данных полета ЛА 11?] и дополнительной гелекши сигналов АТП с помощью бортовой ЭВМ носителя [14];

г) уменьшение частота ложный ттевог АТП не менее чем в 1.7...10 раз и угловой изрешащей способности до 1,7 раз за счет использования информации об амплитуде "игналов при их селекции по длительности [11,18];

д) подавление "короткокквужих" сигналов от помех типа выстрелов артсистем [14];

е) автоконтриль заииты АТП от помех [16] и способности обнаруживать цель [ 22].

Как показали результаты испытаний АТП, использование перечисленных способов в

юлькинсгее случаев позволяло выполнять требования по помехоустойчивости АТП.

Диссертационные исследования показали. что и в экстремальной ситуации с бли-кушим солнечным фоном требования по помехоустойчивости АТП также могут быть выполнены. Б новых разработках АТП предполагается практически решить эту задачу.

Полнота и достоверность полученных в диссертационной работе расчетных результатов подтверждается ин согласованностью с результатами натурных исследований как для сигналов от объектов, так и в целом для АТП.

Таблица 3

Реиащие правила для распознавания объектов

Индикация по каналам

сЛЗ, оЛ5, сЛ8

сЛЗ, сХ5

оЛ5,оЛ8

сЛЗ,сЛ8

сЛЗ

еЛ5

йЛ8

Выполняемое условие

1. 3,5>Ч5/иЗ>0,4

2. 118/ЦЗ>2 или 115/1(3>5

3. 0,4>и5/113>0,15

1. 3,5>115/и3>0,4

2. 16/иЗ>5

3. 0,4>и5/113>0,15

Ш/Ш>2

Не выполняемое условие

0,15>и8/иЗ>2,4

0,1>иЗ/иЗ>0,2

Принимаемое решение

"Р" активная Е1 ближней зоне

"С"

"Г

"Р" активная в дальней зоне

"Л"

Помеха

"С"

Помеха

"С+Ф" или "V активная в дальней зоне

"С-ф" или "Р' пассивная з ближней зоне

1.

ОСНОВШЕ ВЫВОДЫ Определена совокупность математических выражений

и алгоритмов получения ха

рактеристик сигналов от целей и помех на входе АТП и в отдельных точках его сигнального тракта для условий полета ЛА. Исследованы характеристики' таких сигналов и разработана методика имитационного математического моделирования функционирования АТП з сложной Фсно-целевой обстановке.

2. Предложен показатель эффективности обработки сигналоз в' AHI на основе отношений амплитуд сигналов от целей и помех в разных диапазонах спектра излучения, и показана связь этого показателя с вероятностью ложных тревог АТП. Использование дачного показателя позволяет сократить по времени процесс моделирования Функционирования АТП и определять необходимые параметры схем АТП и правила принятия решений для заботы в сложной целе-помеховой обстановке.

3. Разработан алгоритм правильного обнаружения факельных обтектов с увеличенной до 2-х раз дальностыс обнаружения при одновременном уменьшении на несколько порядков вероятности ложных тревог от бликущего солнечного Фона земли за счет комбинирования методов адаптации чувствительности АТП к Фону и спектральной селекции сигналов, а таш разработан алгоритм опознавания Факельного объекта в группе с другими объектами, с определением дальности до него в градации "дальний-ближний" по совокупности сигналов в спектральных каналах АТП, что ведет к новому качеству в создании АТП с повышенной помехоустойчивостью и позволяет правильно определять моменты применения средств запиты против атакующих объектов.

4. Проведено сравнение результатов расчетов с натурными данными для сопоставимых условий и показано их совпадение.

5. Созданы и использованы в производстве ряд способов и схем для улучшения параметров АТП.

пгновнок сплкришк диссертации опубликовано в следущих работах:

1. Поликарпов A.A.. Енгалычев И.И. // Отраслевой журнал. Сер. 10.- 1975.-Вып. 33.- С. S-11.

2. Поликарпов А. А., №ановВ.М., ИвачинВ.Ф., Енгалычев И. И. Методы запиты от помех оптико-электронных приборов. - Тезисы докладов на научно-технической конференции НПО ГИПО.- 1977., 4 с.

3. Поликарпов А.А., Иванов.В.М., Вдовкин Б.Б. //Ведомственный сборник,- 1985.-Вда. 9. - С. 47-49.

4. Поликарпов A.A., Иванов В.М. // Аналитический обзор N 4024 / М,- ШШ и Ш-1985.- 109 с.

5. Поликарпов A.A.// Отраслевой журнал. Сер. 12.-1990.- В®.4(53).- с.З...5.

6. Поликарпов 'A.A., Валеев Ш.И. // Отраслевой журнал,- Сер. 12,- 1990.-Вып.4(53).- С. 41-43.

7. Поликарпов А.А., Алексеев 0.А. Расчетное определение спектральной силы излучения струи ацетилено-кислородной горелки. // Тезиса докладов на конференции "Горение и воспламенение конденсированных систем".- Казанский Государственный технологический университет им. С. М. Кирова,- 02.03.1S98., 3 с.

8. Поликарпов A.A. Ямиташонные исследования помехоустойчивости приборов пассивной локации со спектральной селекцией и адаптацией чувствительности к Фону. // Оптический журнал, - 1999.- Т66, N 5,- С. 64-69.

9. A.c. 63265 от 16.07.71 (СССР) , и. G01S 9/64. / Поликарпов А.А.,Иванов В.М. Фельдман Б. М. и др., 5 с.

10. A.c. 73285 от 16.07.71, (СССР), кг. G01S 9/64. /Поликарпов A.A., Иванов В.М. Ларичев В. Н. и др., 4 с.

11. A.c. 475730 от 12.12.73 (СССР) кл. НОЗК 5/13./Поликарпов А.А.,Енгалачев И.11 Митякин A.C., СаФиуллин H.A. // Открытия.Изобретения.- 1981,- Бюл. H 24., 3 с.

12. A.c. 102515 от 04.08.75 (СССР), о. B64q; GDIS./Поликарпов A.A., Лункин Е.К. Сливко A.C. и др. E.H., 6 с.

13. A.c. 105088 от 23.10.75 (СССР), кл. B64q: G01S./Поликарпов A.A., Лункин E.H. Грачев г.М. и др., 5 с.

14. A.c. 99228 от 02.12.75 (СССР), кл. G01S 3/73./Поликарпов А.А.,Вишнякова В.И. -Кацкин-А.Н. и др.. 4 с.--

15. A.c. 119357 от Сб. 10.77 (СССР), кл. QC1S 3/78./Поликарпов A.A.. Иванов В.М. Скорняков .I.A. и др., 5 с.

16. A.c. 137585 от 05.С2.79 (СССР), KJT.G01S 3/78./Поликарпов A.A..Передреез В.И. Иванов В.М. и др., 4 с.

17. A.C. 137089 от 19.03.79 (СССР), кл. GC1S 3/78. /Поликарпов А.А..Еашнина -Н.А. Енгалычев И.П., Иванов В.М., 4 с.

18. A.c. 813765 от 21.03.79 (СССР), кл.ГОЗК 5/26./Поликарпов А.А.,Викняксва В.И. Башнина H.A.- N 2740062; Заявлено // Открытия.Изобретения.- 1981. - Бив. МО.,. 2 с

19. A.c. 317935 от 13.06.79 (СССР), кл. НОЗК 3/234./Поликарпов A.A..Баанина H.A. Ионов Г. Л. // Открытия.Изобретения.- 1S81. - Бюл. N 12., 3 с.

20. A.c. 143860 от 19.07.79 (СССР), кл. GC1S 3/78. /Поликарпов А.А.,Иванов В.М. Сука»юн Е.С. и др., 4 с.

21. A.c. 148849 от 19.11.79 (СССР), кл. GC15 3/78. /Поликарпов A.A., 3 с.

22. A.C. 150019 от 07.12.79 (СССР), кл. GC1S 3/73. /Поликарпов A.A., Иванов В.М. Гузий В. П. и др., 5 с.

23. A.c. 224640 от 20.06.34 (СССР), кл. GC1S 3/78. /Поликарпов A.A., Иванов В.М. Перлов В. В. и др., 6 с.

24. A.c. '298876 от 07.04.88 (СССР), кл.GDIS 3/78./Поликарпов A.A..Приходько В.Н. Малыхин A.B., 5 с.

25. A.c. 314649 24.04.83 (СССР), кл. G01J 1/00; G01S 3/78. / Поликарпов A.A. ,6 с

26. A.c. 329425 от 24.04.89 (СССР), кл. GC1S 3/73. / Поликарпов A.A., 4 с.

27. A.c. 321409 от 02.11.8SC СССР),lui.GOlS 3/78./Поликарпов A.A.,Майорчик B.C..,4с

28. A.c. 317620 от 25.12.89 (СССР) . кл. COIS 3/78. / Поликарпов A.A. , Габдрах манов P.M.. 5 с.

23. A.c. 328655 от 03.01.90 (СССР),кл. GÛ1S 3/78. / Поликарпов А.А.

30. Патент по заявке 4541932 от 17.05.91 (Россия), o.GOlS 3/78./Поликарпов A.A. Габдрахманов P.M. , 7 с.

31. Патент по заявке 4542805 от 24.06.91 (Россия), la.GOiS 3/78./Поликарпов A.A. Королев В. В., 5 с.

32. Патент 2028027 от 15.01.90 (Россия) . кл. НОЗК 5/19. / Поликарпов A.A., Приходько в. Н., Назаров A.C. //Открытия. Изобретения. - 1995. - Бюл. M 3, 8 с.