Text
                    ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫЕ  СИСТЕМЫ  САМОНАВЕДЕНИЯ  ВЫСОКОТОЧНОГО  ОРУЖИЯ
 ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫЕ
СИСТЕМЫ  САМОНАВЕДЕНИЯ
ВЫСОКОТОЧНОГО  ОРУЖИЯ
 Под  редакцией  Г.  В.  Анцева


MMS Г. В. Анцев, Г. П. Жигулин, А. А. Макаренко, В. А. Сарычев ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНОГО ОРУЖИЯ Введение в теорию Под редакцией Г. В. Анцева Москва Радиотехника 2017
УДК 681.782.47+681.782.473 ББК 32.854 0 60 Рецензенты: В. И. Меркулов - д.т.н., профессор, заслуж. деятель науки РФ, зам. ген. конструктора АО «Концерн «Вега» А. Ф. Кардо-Сысоев - д.т.н., лауреат государственной премии СССР, Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе Авторы: Г. В. Анцев, Г. П. Жигулин, А. А. Макаренко, В. А. Сарычев 060 Оптикоэлектронные системы самонаведения высокоточно¬ го оружия. Введение в теорию. Монография / Под ред. Г. В. Анце- ва. - М.: Радиотехника. 2017. - 720 с. Авторы указаны на обороте тит. л. ISBN 978-5-93108-145-8 На примере оптикоэлектронных систем самонаведения высокоточного ору¬ жия впервые показана возможность создания теории для радиоэлектронных ин¬ формационных систем, функционирующих с координатными и некоординатными характеристиками объектов внешней среды. Основное внимание уделено осо¬ бенностям и теоретическим основам построения оптикоэлектронных систем са¬ монаведения, алгоритмическому обеспечению функционирования и вариантам реализации оптикоэлектронных систем самонаведения комплексов высокоточно¬ го оружия. Для научных и инженерных работников, аспирантов и студентов вузов, специализирующихся в области создания и эксплуатации систем управления средствами вооружения и военной техникой. УДК 681.782.47+681.782.473 ББК 32.854 ISBN 978-5-93108-145-8 ©Авторы, 2017 ©ООО «Издательство «Радиотехника», 2017
ОГЛАВЛЕНИЕ От редактора 9 1 ВЫСОКОТОЧНОЕ ОРУЖИЕ И ЕГО СТАТУС Что такое ВТО? 15 Цели для избирательного поражения 19 Модельное представление объектов комплекса ВТО и целей 21 Свойства целей, как объектов избирательного поражения 29 Поиск цели 35 Портрет цели 37 Двухзвенная модель функционирования комплекса ВТО 44 Стратифицированное (многоуровневое) представление процессов в комплексе ВТО 56 Логистика ВТО 64 Гибридные войны и ВТО 65 Структура комплекса ВТО 67 Физическая и информационная платформы комплекса ВТО 78 Модули комплекса ВТО 83 Технология открытых систем для комплекса ВТО 84 ВТО как средство обеспечения безопасности 87 Информационный канал комплекса ВТО 91 Средства поражения в структуре комплекса ВТО 94 Нетрадиционные виды ВТО 97 Средства поражения в структуре ВТО 101 Структура и виды ВТО 104 ВТО и сетецентрические войны 106 Пути повышения результативности комплекса ВТО 108 2 СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ КОМПЛЕКСА ВТО Самонаведение и системы самонаведения 115 Описание миссии самонаведения двухзвенной моделью 119 Программное наведение 122
Комплекс управления стрельбой 126 Наведение и самонаведение 127 Самонаведение как управление 134 Взаимосвязь самонаведения и навигационного наведения 139 Состояния ракеты и системы самонаведения 155 Оценка погрешности функционирования систем наведения и самонаведения 157 Навигация и самонаведение 158 Виды систем самонаведения 164 Особенности ракетных ВТО 170 Физические, навигационные, сигнальные и информационные поля 174 Комплексированные и комбинированные системы самонаведения 182 Радиофизическое обеспечение процедур оценки параметров для объектов наблюдения 184 Информационное обеспечение комбинированных систем самонаведения 188 Радиолокационные системы самонаведения 190 Пример корабельного комбинированного РУК 192 Системы наведения и самонаведения 194 РУК как информационная система 198 Тактические характеристики систем самонаведения 209 3 ОНТОЛОГИЯ И МИССИЯ САМОНАВЕДЕНИЯ РАКЕТНОГО ВТО Характеристика систем координат для растрового (матричного) задания онтологии самонаведения 221 Электронно-картографическое обеспечение комплекса ВТО 224 Ракета как объект управления 246 Эффективность системы самонаведения 258 Координатный закон поражения 271 Методы наведения ракет на цель 273 4 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Специфика онтологии оптикоэлектронных РУК и систем наведения 279 Функции оптикоэлектронных систем ВТО 290
Оптикоэлектронные системы, как средство информационного обеспечения системы самонаведения 292 Астронавигационная система наведения ВТО 294 Комплексирование каналов в составе оптикоэлектронных систем самонаведения 297 Принцип функциональной тождественности оптикоэлектронных и радиолокационных систем 300 Оптикоэлектронные модули систем самонаведения ракетного ВТО и элементы этих модулей 306 Функционирование оптикоэлектронных систем самонаведения 316 Сравнение оптикоэлектронных и радиолокационных систем самонаведения 319 Описание цели в информационном канале оптикоэлектронной системы 325 Технологии фотоники в системах самонаведения 326 Оптикоэлектронная инерциальная система самонаведения 337 Телевизионные системы наведения и самонаведения 339 Радиотеплолокационные системы самонаведения и РУК 343 Тепловизионные системы самонаведения 345 Оптикоэлектронная система самонаведения 350 Радиотеплорадиолокационные системы 364 Комплексирование оптикоэлектронных и радиотехнических сенсорных устройств в системах самонаведения 377 Голографические оптикоэлектронные системы 382 5 АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ ВТО Радиолокационный канал оптикоэлектронной системы самонаведения и РУК 385 Радиолокационные характеристики (оптические PJ1X) целей 399 Полунатурные испытания систем самонаведения 401 Тенденции и факторы развития полунатурного моделирования 407 Модель радиолокационного информационного канала оптикоэлектронных систем самонаведения ВТО 408 Моделирование процесса функционирования матричного фотоприемного устройства 418
Выбор варианта построения компьютерной модели морской надводной цели для комплекса автоматического анализа оптического изображения 436 Выбор варианта построения модели опорного объекта (сигнатуры оптических PJ1X) 437 Средства для построения 3D модели цели 440 Методика и технология построения трехмерных компьютерных моделей морских целей 441 Обоснование необходимости применения трехмерных моделей для обеспечения функционирования оптикоэлектронных и тепловизионных систем обнаружения и классификации надводных целей 443 Методика построения трехмерных электронных моделей 446 Определение достаточности элементов насыщения при формировании эталонных моделей (оптических PJIX) надводных целей 447 Разработка предложений по созданию трехмерных графических моделей (оптических PJIX) 451 Банк данных трехмерных моделей надводных целей 462 Искажения, возникающие при формировании изображений 475 Вариант коррекции проективных искажений, возникающих на изображении, формируемом оптикоэлектронной системой самонаведения 481 Преобразование частоты дискретизации, выполняемое при коррекции геометрических искажений 492 Оценка точности интерполирования 525 Практические особенности интерполирования изображения в вертикальном направлении 538 Методики экспериментальных исследований оптических изображений реальных морских целей 540 Анализ методов выделения контуров на тепловых дискретизированных изображениях морских целей двумерными цифровыми фильтрами 550 Анализ результатов статистической обработки реальных изображений морских целей 563 Результаты оценок статистических характеристик областей изображений 567 Результаты локальной статистической кумулянтной обработки реальных изображений в окне 9x9 575 Специальное программное обеспечение для моделирования обработки изображений, формируемых оптикоэлектронной системой самонаведения 578
Модуль динамического ограничения ширины пространственного спектра теплового изображения цели 586 6 НОВЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ БЛА с автономным вертикальным взлетом и посадкой 611 Биокибернетический подход к построению бортовой аппаратуры анализа оптикоэлектронных и радиолокационных изображений 631 Многопозиционные системы самонаведения ВТО 651 Литература 665 Слово о Леониде Сергеевиче Турнецком 714
Посвящается Леониду Сергеевичу Турнецкому - заслуженному изобретателю Российской Федерации, стоявшему у истоков важного для ОАО «НПП «Радар ммс» направления - разработка оптикоэлектронных систем самонаведения высокоточного ракетного оружия.
ОТ РЕДАКТОРА В 2017 г. предприятию - «Открытое акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Радар ммс» - испол¬ нилось 67 лет [40, 36, 34, 39, 125, 82, 136, 135, 115, 38, 37, 35]. Нами подготовлены книги, отражающие достижения предпри¬ ятия в области создания систем самонаведения высокоточного оружия. Одна из них - перед Вами, вторая - «Радиолокационные системы самонаведения высокоточного оружия. Введение в тео¬ рию». Сразу же отметим, что для этих двух книг издана еще од¬ на книга «Комплексы высокоточного оружия. Тезаурус», подго¬ товленный создателями систем самонаведения, где даны совре¬ менные трактовки основных понятий по комплексам высокоточ¬ ного оружия. Основные направления деятельности АО «НПП Радар ммс»
В книге «Оптикоэлектронные системы самонаведения вы¬ сокоточного оружия. Введение в теорию» рассмотрение оптико¬ электронных систем самонаведения проводится под методологи¬ ческим углом зрения, что требует достаточно серьезной аргу¬ ментации. 1. На наш взгляд, созданию «полной» теории систем само¬ наведения высокоточного оружия мешает отсутствие выявлен¬ ных достаточно общих принципов их построения - не наведен порядок даже в понятийном каркасе этой будущей теории. А об¬ суждение подобных методологических вопросов есть как раз прерогатива данной книги. 2. «Оружейная» специфика проблематики книги позволяет в открытых изданиях обсуждать только достаточно общие вопро¬ сы построения и функционирования рассматриваемых систем. 3. За много лет существования оптикоэлектронного высоко¬ точного оружия появилось много работ (в том числе, учебников и учебных пособий), где вопросы наведения такого оружия рас¬ смотрены достаточно хорошо и подробно, и даже выработался определенный стереотип в преподнесении соответствующего материала. Более того, по данному направлению к настоящему времени скопилась уже достаточно представительная библиоте¬ ка книг и журнальных публикаций! (см., например, [481, 693, 876, 482, 516]). Мы же, кроме рассмотрения системных вопро¬ сов, выявляющих место оптикоэлектронных систем в составе комплексов ВТО будущего, сконцентрировали свое внимание также на тех частных вопросах, которые фактически не освеща¬ лись в литературе и являются результатами наших многолетних исследований в этой области. Базовые расчеты канала оптико¬ электронных систем самонаведения рассмотрены в книге «Ра¬ диолокационные системы самонаведения высокоточного ору¬ жия. Введение в теорию» при соблюдении обсуждаемого здесь принципа функциональной тождественности оптикоэлектронных и радиолокационных систем. 4. Нами сделана попытка указанные выше книги нацелить на будущее, чтобы формировать и воспитывать кадры, которым еще предстоит сделать прогнозируемый рывок в создании сис¬ тем высокоточного оружия. И здесь излишняя конкретика толь¬
ко заслоняет рассмотрение тенденций развития этих очень нау¬ коемких изделий и мешает разработке основ соответствующей теории. Сходные по принципам действия системы самонаведения, которые сейчас стоят на вооружении во многих странах, кажут¬ ся, на первый взгляд, принципиально различными, даже из-за используемой терминологии, хотя бы потому, что у них оказа¬ лись разные задачи (точнее, поражаемые цели) и заказчики. Высокое разрешение, гарантированная контрастность целей, достаточно высокая помехозащищенность, возможность получе¬ ния изображения интересующих объектов и местности, «похо¬ жего» на привычное визуальное (а значит, уверенно интерпрети¬ руемые), успехи фотоники (точнее, радиофотоники), создающей компактные, энергетически экономные, но функционально на¬ полненные системы и т.п., делают при «хороших» метеоуслови¬ ях оптоэлектронные системы самонаведения «лучше» радиоло¬ кационных. В радиолокации, например, все чаще заявляют о формиро¬ вании принципиально нового направления - радиовидения, цель которого состоит в том, чтобы радиолокационными средствами получать радиоизображения, по своим характеристикам при¬ ближающиеся к оптическим снимкам. К настоящему времени арсенал созданных в мире оптических систем самонаведения достаточно велик и превышает число соответствующих систем, работающих в радиодиапазоне. Оптика в системах самонаведения далеко не всегда успешно срабатывает. Многие достоинства оптикоэлектронных систем трансформируются в недостатки, например, узкий «луч» систе¬ мы самонаведения увеличивает время обзора, оптика не позво¬ ляет «заглянуть» внутрь объекта и за объект (плохо работает на заполненных трассах распространения), поэтому в данном слу¬ чае эффективны различные экраны и завесы. При этом номенк¬ латура сигналов получается беднее, чем у радиоэлектронных систем, легко создаются системы предупреждения о нападении средств, использующих оптические каналы. Наконец, радиодиа¬ пазон, с точки зрения осуществления обработки сигналов и ин¬ формации (т.е. уже «внутри» самой системы самонаведения),
имеет ряд выигрышных моментов (но не преимуществ!), при¬ ведших, например, к такому мощному направлению в радио¬ электронике как радиооптика. В этом кроется основная причина того, что оптические системы самонаведения перестали интере¬ совать разработчиков систем высокоточного оружия, уступив свое место оптикоэлектронным системам. Итак, оптикоэлектронные системы самонаведения призваны работать «в связке» с радиоэлектронными системами, прежде всего, с радиолокационными системами. Это комбинированные, комплексированные и интегрированные системы самонаведения, различающиеся по тому на каком уровне осуществляется агре¬ гирование (на информационном, сигнальном или конструктив¬ ном). Сказанное объясняет выпуск указанных выше книг, а также придание каждой из них достаточно высокой степени автоном¬ ности. В книге «Радиолокационные системы самонаведения вы¬ сокоточного оружия. Введение в теорию» рассматриваются про¬ цедуры наведения высокоточного оружия на цель при избира¬ тельном поражении, поскольку такие процедуры в значительной степени инвариантны к добываемой сенсорами информации. Ряд вопросов, представленных в книге, приведен с высокой степе¬ нью детальности, что связано с личными пристрастиями авто¬ ров, посвятивших этим вопросам огромный пласт своей научной и инженерной деятельности по доведению соответствующих ре¬ зультатов до «железа» и алгоритмов (программ). В книге упор делается на понимание принципов функционирования соответст¬ вующих оптических каналов в структуре систем самонаведения. В этом кардинальное отличие книг для разработчиков сложных систем от соответствующих изданий для эксплуатантов. В теории оптикоэлектронных систем самонаведения по вполне понятным причинам до сих пор преобладали понятия из оптики, однако технологии информатики и искусственного ин¬ теллекта, мощно проникшие в последние годы в системы само¬ наведения и кардинально влияющие на принципы функциониро¬ вания и достижимые характеристики таких систем, привели к экспансии соответствующих понятий и принципов функциони¬ рования. Поэтому в данной книге основное внимание сконцен¬
трировано не на анализе аппаратурного воплощения оптикоэлек¬ тронных систем самонаведения, а на информационных аспектах их функционирования. Мы убеждены, что обсуждение путей развития систем са¬ монаведения высокоточного оружия позволит грамотно скон¬ центрировать усилия на соответствующих прорывных направле¬ ниях, эффективно распорядиться всеми видами ресурсов и, что не менее важно, даст возможность очертить статус соответст¬ вующей теории со своим концептуальным и понятийным аппа¬ ратом, так как принятие на вооружение образцов высокоточного оружия сегодня во всем мире справедливо рассматривается как качественный скачок в развитии средств вооруженной борьбы, а вследствие этого и способов боевых действий. При знакомстве с книгой нужно учитывать одно очень важ¬ ное обстоятельство. Она, прежде всего, предназначена для моло¬ дых людей, стоящих на пороге самостоятельных научных и ин¬ женерных исследований. Книга нацелена в будущее, что прояв¬ ляется в том, что мы не ограничиваемся описанием только тех достижений и соответственно разработок в области систем са¬ монаведения высокоточного оружия, которые имеются в нашей стране и за рубежом на момент написания книги. Здесь сделана попытка оценивать облик новых систем самонаведения. Мы ста¬ рались написать книгу, которая должна помочь разрабатывать и производить только перспективные и новые оптикоэлектронные системы самонаведения высокоточного оружия! Используя свой опыт в создании подобных систем, а также на основе тенденций в их развитии, нами сделана попытка оце¬ нить и обосновать облик, функциональные возможности и ха¬ рактеристики систем самонаведения высокоточного оружия сле¬ дующего поколения. По этой причине здесь нет разделения ме¬ жду тем, «что сейчас есть, и тем, что будет через некоторое вре¬ мя». Если, например, анализируются функции и возможности систем самонаведения, то это не означает, что все это воплоще¬ но уже сейчас в разработанных системах. Чаще всего в пред¬ ставленных перечнях функций сегодня «работают» лишь не¬ сколько (и даже иногда только одна функция), обеспечивающие эффективное самонаведение высокоточного оружия. Это же за¬
мечание справедливо и по отношению к обсуждаемому здесь об¬ лику систем самонаведения оружия. Надеемся, что с помощью читателей книга в скором време¬ ни утратит свои отмеченные прогностические устремления и превратится в описание того, что уже воплощено в действующих образцах вооружения и военной техники высокоточного оружия и его мозга - оптикоэлектронных систем самонаведения. В написании раздела «Многопозиционные системы самона¬ ведения» последней главы принимал участие кандидат техниче¬ ских наук, доцент Евгений Геннадьевич Борисов, за что ему ав¬ торы очень признательны и считают полноправным соавтором этого раздела. 14
1 ВЫСОКОТОЧНОЕ ОРУЖИЕ И ЕГО СТАТУС ЧТО ТАКОЕ ВТО? Сейчас высокоточное оружие (ВТО) в средствах СМИ стало неким брендом в тех случаях, когда речь идет о военных операциях (к сожале¬ нию, не только планируемых, но и постоянно ведущихся в различных районах земного шара, все ближе приближающихся к нашим границам), а также о современной структуре воо¬ ружения и военной техники [787, 237, 873]. Однако столь же часто можно слышать и возражения против ис¬ пользования самого термина ВТО, поскольку, по мнению оппонентов, любое оружие, в принципе, обязано быть точным, а высокоточность, из-за сравнительной модальности в поня¬ тии, предполагает некий прошлый эталонный уровень (хотя бы с точки зрения текущего исторического пе¬ риода), который постоянно изменяет¬ ся в сторону как раз улучшения точ¬ ностных характеристик, тем более что давней мечтой человечества всегда являлось как раз обладание подобным оружием. Древняя Греция в этом смысле может считаться «изобрета¬ телем» ВТО - у мифологического охотника Кефала было копье, кото¬ рое всегда попадало в цель, и им он по ошибке убил на охоте свою жену, которая была также заядлой охотни¬ цей [166]. Другими словами, высоко¬ точность, по своему названию, есть относительное понятие, соответст¬ вующее очевидному утверждению, что нынешнее оружие по точност¬ ным характеристикам всегда лучше предшествующего, и это утвержде¬ ние уточняется конкретными дос¬ тигнутыми характеристиками ору¬ жия и, самое главное, легко обнару-
живается предельное состояние в развитии такого оружия, в качестве которого можно указать на то же ко¬ пье Кефала. Мы придерживаемся «не сравни¬ тельной» трактовки сути ВТО, кото¬ рая, на наш взгляд, позволяет избе¬ жать отмеченной относительности содержания этого понятия [111, 113, 127, 110, 109, 120, 141, 140, 142, 126, 129, 128] (в [111] проведено сопос¬ тавление отстаиваемой нами точки зрения на ВТО с имеющимися в лите¬ ратуре). ВТО - это вид обычного (неядерного) оружия, обеспечивающего гарантированное избирательное поражение малоразмерных и высокозащищенных целей на любой даль¬ ности в пределах его досягаемости при не¬ большом расходе средств поражения в ре¬ альных условиях боевого применения. ВТО принадлежит к средствам общего назначе¬ ния (иногда называемым средством воору¬ женной борьбы) [261, 274, 841, 425, 259, 623, 624, 668, 180, 334, 427]. Военные спе¬ циалисты уже давно фиксируют, что совре¬ менные вооруженные силы обязаны пре¬ терпевать и претерпевают непрерывную трансформацию, предусматривающую ор¬ ганизационную, техническую и управляю¬ щую составляющие. Неизменным при таком реформировании ВС является опора на ВТО. Гарантия поражения не означает, что цель поражается первой ракетой. Приведенное определение ВТО в дос¬ таточно серьезных деталях отличается от рекомендуемого документами МО РФ [353, 14, 772, 773, 388, 254, 851]. Существуют и почти афористические определения ВТО, например, «ВТО - средства поражения, обеспечивающие попадание в габариты ма¬ лоразмерных целей, либо попадание в наибо¬ лее уязвимые места крупногабаритных объек¬ тов» или «ВТО - средство поражения, которое попадает туда, куда нужно» [721, 300]. Без системы самонаведения, постоян¬ но корректирующей траекторию полета и алгоритмы функционирования, боевое сред¬ ство никак не может быть ВТО. Соответст¬ венно, избирательное поражение определя¬ ется как способность производить выбор условий, способов или параметров воздей¬ ствия на цель (элемент цели) для достиже¬ ния заданного ущерба, наносимого объекту, в том числе, исключающего нежелательные его последствия (такие, как поражение мир¬ ных жителей, последствия, приводящие к экологическим катастрофам, опасное и дол¬ говременное заражение местности и др.). Избирательное поражение - один из спосо¬ бов огневого поражения противника. В содержание понятия «избирательное поражение» включают еще ряд боевых опе¬ раций, в той или иной степени связанных с поражением заданной цели: изоляция объ¬ екта, огневое блокирование и зонально¬ объектовое поражение группировки про¬ тивника. Перечисленные функции (решаемые задачи) ВТО позволяют сделать вывод, что из-за своей имманентно присущей ему вы¬ сокой точности наведения, ВТО выступает и как ударное, и как наступательное, и как оборонительное оружие. В данной книге придерживаемся сле¬ дующей, может быть, на сегодняшний день несколько претенциозной (завышенной) точ¬ ки зрения на сущность ВТО - в идеале, ко¬ нечно же, должно быть избирательное пора¬ жение. Однако можно для ВТО дозволять «послабления» - ВТО обязано всегда гаран¬ тированно поражать заданную цель (попа¬ дать в цель или рядом с ней, после чего цель будет поражена), а вот избирательность (попадание в заданное место цели или окру¬ жающего цель пространства) поражения, да еще и управляемым по сте боеприпасом, может претерпевать «сбой». Такая несколько завышенная оценка воз¬ можностей «идеальной» ВТО позволит грамотно оценить и спланировать политику развития этого вида вооружения - сначала
достичь стопроцентной гарантии «просто¬ го» поражения, чтобы затем совершенство¬ вать избирательное. В этом контексте можно привести пример логических рассуждений, которые будут неоднократно применяться на протя¬ жении этой книги. Очевидно, что избирательное поражение d гарантированное попадание в цель, причем это отношение включения является собственным, т.е. существуют элементы множества {попадание}, которые не при¬ надлежат множеству {избирательное пора¬ жение}. Однако, системы, обеспечивающие избирательное поражение и попадание, свя¬ заны до некоторой степени противополож¬ ной логической связкой: системы избирательного поражения => системы обеспечения попадания, или каждая система, избирательно поражаю¬ щая цель, осуществляет и попадание в нее. Коррекция выступает сегодня одним из самых распространенных механизмов обеспечения избирательного поражения, ес¬ ли, кстати, не организуется самоприцелива- ние, которое, однако, можно рассматривать как непрерывную и постоянную коррекцию. Она - необходимое, но не достаточное ус¬ ловие гарантированного функционирования ВТО. Возможны ВТО без процедур коррек¬ ции, но и должен учитываться другой край¬ ний логический случай - поведение цели исключает осуществление для ВТО эффек¬ тивной коррекции. Например, воздушная цель может лететь по такой «ломаной» тра¬ ектории или с такой скоростью и ускорени¬ ем, что средства ВТО попросту не смогут отслеживать динамику цели. Применитель¬ но к проблематике данной книги особо нужно выделять участки оптической кор¬ рекции. Траектории движения ракеты при наведении на конкретную цель, отслежи¬ ваемые также конкретным ВТО, по кото¬ рым эффективны установленные процедуры коррекции, будем называть корректируе¬ мыми траекториями. Как следует из опре¬ деления, траектория перестает быть коррек¬ тируемой, если динамики цели и средства ВТО не «стыкуются» друг с другом и если тактика коррекции траектории выбрана не правильно. Стрельба ВТО по неподвижной цели предполагает существование целиком (полностью) корректируемых траекторий. Коррекция при осуществлении изби¬ рательного поражения всегда выступает в неразрывном единстве с обеспечением функции прицеливания. Задача прицеливания включает в себя определение параметров прицеливания и реализацию на их основе такого управления ВТО (с осуществлением коррекции), при ко¬ тором обеспечивается избирательное пора¬ жение цели. Это как бы начальные условия при формировании корректируемых траек¬ торий. В принципе, можно представить ВТО без коррекции, но без прицеливания - нет (если только прицеливание не засчитать за «первую» коррекцию, проводимую до пус¬ ка). Прицеливание выступает как планирова¬ ние избирательного поражения для одного (или нескольких, участвующих в составе группового оружия) огневого средства. Кор¬ рекция = оценка текущих параметров уже совершаемого движения ВТО + выставление требуемых параметров движения. Выше коррекция увязана только с из¬ менением характеристик (траектории) дви¬ жения, однако применительно к системам самонаведения ВТО корректироваться мо¬ гут и процедуры, совершаемые на борту ВТО и необходимые для обеспечения изби¬ рательного поражения. Сегодня силы и средства ВТО высту¬ пают как одна из главных составляющих обеспечения оперативных (боевых) воз¬ можностей. Появление ВТО - определенная реакция на изменения в политическом ми¬ ропорядке, создавшие совершенно новые концепции войн и способов их осуществле¬ ния и предотвращения [544, 723, 678, 255, 419, 423]. Сегодня уповают на асимметрич¬ ное развитие системы вооружения [254], под которым понимается заблаговремен¬ ный, сознательный переход в развитии сис¬ темы вооружения к принципам, существен¬
но отличающимся от принципов, принятых в государствах - потенциальных противни¬ ках. Необходимым и достаточным условием асимметричного развития вооружения вы¬ ступает только ВТО, способное осуществ¬ лять эффективное обязательно гарантиро¬ ванное избирательное поражение всех це¬ лей в зоне установленной ответственности, т.е. быть «очень высокоточным». Мы будем также в этой книге рассматривать ВТО в основном в ракетном исполнении. Выделе¬ ние ракетного базирования говорит скорее о его распространенности и важности в сис¬ теме вооружения. Подавляющее большин¬ ство образцов ВТО сегодня имеет ракетное базирование. ВТО имеет для осуществления избирательного поражения принци¬ пиально ограниченное количество всех видов ресурсов: огневых, ин¬ формационных, временных, тактиче¬ ских, которые требуют грамотного распределения и концентрации на вы¬ явление особо опасных объектов, оценку их структуры (например, наи¬ более уязвимых элементов), намере¬ ний и опасности, установление при¬ оритетов по осуществлению избира¬ тельного поражения, создание усло¬ вий для гарантированного поражения. Без текущего обстоятельного мо¬ ниторинга зоны боевых действий (зо¬ ны ответственности) невозможно эф¬ фективное функционирование (боевое применение) средств ВТО. Требуется конструктивно соответствующим об¬ разом пространственно концентриро¬ вать ресурс по различным системам, участвующим в подготовке и осуще¬ ствлении боевого применения ВТО. Как минимум, таких систем должно быть две - одна на борту боевого средства ВТО, обеспечивающего эф¬ фективную работу этого средства по одной цели, а другая осуществляет все требуемые виды обеспечения бое¬ вых операций с использованием ВТО. Первая система в этой книге выступа¬ ет как система самонаведения, а вто¬ рая - как разведывательно-ударный комплекс (РУК). Четкое выявление функции (осущест¬ вление избирательного поражения) для сис¬ тем ВТО расставляет в соответствующей теории по местам и все объекты зоны бое¬ вых действий. По крайней мере, напраши¬ ваются такие дихотомии - влияет или нет некий объект, находящийся в зоне ответст¬ венности средства ВТО, на осуществление избирательного поражения, а также способ¬ ствует или нет выделенный объект функции избирательного поражения [181, 318, 283, 336, 775, 675, 213], т.е. здесь выявляются только те объекты, которые «обслуживают» боевые действия или непосредственно яв¬ ляются их участниками, в том числе, и на информационном уровне. Учитывая военную направлен¬ ность ВТО, где отбрасывание и неучет, на первый взгляд, несущественных де¬ талей может сыграть роковую роль для ВТО и тех, кто его применяет, нужно постараться сохранять все содержание используемых существенных при из¬ бирательном поражении понятий и процессов, в том числе и то, что при¬ сутствует в вербальном (словесном), значит, и наиболее полном и деталь¬ ном описании, подключая лишь на оп¬ ределенной стадии математический аппарат для оценивания изучаемых объектов и процессов не только каче¬ ственно, но и количественно. Приме¬ нительно к проблематике ВТО такое вербальное описание наверняка долж¬
но быть в полной мере задействовано при описании действий противника и поведения объектов фоноцелевой об¬ становки. А потому комплекс ВТО должен быть готов к восприятию лю¬ бой информации о зоне боевых дейст¬ вий (в форме «читаемой» информаци¬ онной платформы комплекса ВТО). Учитывая быстротечность совре¬ менного боя, реализация всех процес¬ сов по обеспечению и осуществлению избирательного поражения будет про¬ исходить в автоматизированном вари¬ анте с мощным привлечением процес¬ соров и компьютеров, а также соответ¬ ствующего алгоритмического и ин¬ формационного обеспечения [858, 529]. Любая теория, касающаяся ВТО, должна также следовать логике и опи¬ саниям, используемым в информатике, а кроме того, должна быть гарантиро¬ вана и «унифицируемость» применяе¬ мых понятий и процедур под компью¬ терное исполнение. Кроме целенаправленности тео¬ рия, используемая при исследовании ВТО, должна быть еще и ценностно ориентированной. Эти задачи доволь¬ но четко и внятно стоят перед любой системой и системе в значительной степени ясен путь их достижения. Ценностный аспект же оценивает как задачи, так и действия по их решению и здесь вместо термина ценность ча¬ ще всего используется понятие импе¬ ратива поведения. В случае ВТО им¬ ператив поведения проявляется в обеспечении задач, стоящих перед определенной группировкой войск и перед ВС в целом. Включение и учет императива поведения как бы помещает объекты ВТО в постоян¬ ную военную ответственность, непосред¬ ственно влияющую на качество выполне¬ ния соответствующих процедур. В на¬ стоящее время наметились новые тенден¬ ции в развитии ВТО, а также способов ве¬ дения боевых операций, практически сводящие на нет необходимость действий в когнитивной области - роботизация и бесконтактные войны [755]. Цели для избирательного поражения Разработчик комплекса ВТО имеет дело только с расчетными ти¬ повыми целями, для избирательного поражения которых и создается этот комплекс, а также с другими расчет¬ ными типовыми объектами, характе¬ ристики которых влияют на эффек¬ тивность избирательного поражения. Перечень типовых целей должен быть обозримым и представитель¬ ным, для чего объекты следует объе¬ динять в классы с одним и тем же набором характеристик, но разли¬ чающихся соответствующими коли¬ чественными показателями. В каж¬ дом таком классе определяется наи¬ более «трудный» объект для избира¬ тельного поражения или для нейтра¬ лизации (противодействия) при осуществлении такого поражения, характеристики выбранного таким образом объекта заявляются как ти¬
повые и расчетные. Такая процедура выявления типовых расчетных объ¬ ектов полностью соответствует дей¬ ствию аксиомы выбора в математике [200,413]. Априорная оценка типа цели, как объекта избирательного поражения, есть характеристика ее уязвимости, которая зависит от расположения объекта, его размеров, схемы функ¬ ционирования, прочности, степени защиты (в том числе от ВТО [742]), используемых средств поражения. Номенклатура целей постоянно расширяется, особенно в связи с по¬ явлением новых концепций войн, на¬ пример гибридных, сетецентрических, геофизических, метеорологических и т.п., потребовавших своих представле¬ ний относительно структуры и харак¬ теристик типовых расчетных целей. Совершенствование номенклатуры типовых целей можно видеть на при¬ мере противокорабельного ракетного ВТО, для которого уже достаточно долгое время АО «НПП «Радар ммс» разрабатывает и поставляет радиоло¬ кационные системы самонаведения [76, 434, 417, 508, 409, 129, 127, 717, 79, 132, 130, 890]. Например, требова¬ ние обеспечения универсальности применения ВТО привело к пополне¬ нию перечня типовых расчетных це¬ лей для противокорабельного ВТО еще и наземными целями. Избирательное поражение групповой цели сводится к поражению только поражаемой комбинации в составе цели, а уязвимые объекты в составе любой одиночной (эле¬ ментарной) цели также могут рассматри¬ ваться как некая поражаемая комбинация. Использование ВТО предполага¬ ет установление именно той пора¬ жаемой комбинации для цели, кото¬ рая гарантирует уязвимость при изби¬ рательном поражении [415]. Класси¬ фикация целей является одной из главных процедур при формировании Единого информационного простран¬ ства ВС РФ, где есть только типовые цели. В рамках такого пространства функционирует Единая система ис¬ ходных данных, прерогативой кото¬ рой является определение номенкла¬ туры и описаний военных объектов, после чего эти объекты становятся типовыми [673, 6, 617, 655]. Единая система исходных данных содержит систематизированные периодически обновляемые сведения по составу, структуре, характеристикам объектов, а также средствам защиты, характе¬ ристикам фоновой обстановки, пред¬ намеренных помех и огневого проти¬ водействия [673, 6, 617, 655]. Классификаторы для военных целей базируются на сборе, система¬ тизации и преобразовании доступной информации о характеристиках тех объектов, которые могут быть назна¬ чены как цели для ВТО. Под некоор¬ динатными (некинематическими) па¬ раметрами (характеристиками) це¬ лей понимается информация о типе, классе объекта, его размерах, элек¬ трофизических свойствах поверхно¬ сти, структурных свойствах, а также о намерениях объекта и его значимости [116, 119]. Эти параметры играют главную роль при мониторинге окру¬ жающей комплекс ВТО фоноцелевой обстановки (зоны боевых действий, где расположен объект поражения),
потому что, по определению, в задачу мониторинга обязательно входит еще идентификация и интерпретация на¬ блюдаемой обстановки [712, 352, 420, 346, 792, 248, 505, 475, 473, 622]. Они имманентно присущи задачам, ре¬ шаемым ВТО, поскольку выявляют назначенную для избирательного по¬ ражения цель среди всех объектов на¬ блюдения. Определение некоорди¬ натных параметров наиболее полно отвечает информационным потребно¬ стям комплексов ВТО. Без использо¬ вания некоординатной информации о целях (фоноцелевой обстановки) пла¬ нирование и нанесение такого удара просто невозможно. Достаточно полная информация о целях, их сущности и намерениях по¬ зволяет своевременно выбрать рубежи поражения и требуемый для этого на¬ ряд сил и средств ВТО, а в отдельных случаях - выполнить необходимые маскировочные и обманные действия для достижения наибольшего эффекта проводимой операции. Контроверзой некоординатным параметрам выступают, конечно, ко¬ ординатные параметры - факт нали¬ чия цели, число элементов в сложной цели, дальность, скорость, высота по¬ лета, параметры маневра, перегрузки, угловые координаты, пространствен¬ ное расположение, динамика. Итак, цель при рассмотрении ВТО выступает как расчетный (желательно типовой) объект поражения, характеризуемый координатны¬ ми и некоординатными характеристиками, что позволяет учесть ее основные особенно¬ сти, именно как объекта поражения (в соот¬ ветствии с системным подходом включить ее в описание ВТО), а также вписать ее в струк¬ туру данных, используемых при планирова¬ нии и осуществлении боевых стрельб. Безусловно, цель должна оцени¬ ваться с точки зрения своей уязвимо¬ сти, что должна стать ее основной не¬ координатной вербальной характери¬ стикой. Замена целей на расчетные типовые объекты поражения дает также возможность с помощью мате¬ матических и логических средств и техник предложить для целей соот¬ ветствующие описания, позволяющие зафиксировать и использовать все имеющиеся сведения о них, а также соотнести с общими техническими требованиями на ВТО. Модельное представление ОБЪЕКТОВ КОМПЛЕКСА ВТО И ЦЕЛЕЙ В качестве математической кон¬ струкции для формирования подобно¬ го описания цели выбрана хорошо разработанная в математике теория моделей, которая при рассмотрении целей принимает во внимание не только накапливаемую количествен¬ ную информацию о некоординатных и координатных характеристиках, но еще и имеющееся содержательное вербальное (словесное) их описание. После конструирования таких моделей для всех объектов, входящих в состав комплекса ВТО или влияю¬
щих на его функционирование, соз¬ дание комплекса ВТО с требуемым функциональным назначением с уче¬ том имеющихся ограничений на ре¬ сурсы, осуществляется на основе этих моделей. Теория моделей использует на¬ звания (имена) интересующих свойств (характеристик) объекта ис¬ следования для того, чтобы выделять объекты, допускающие объединение их в общий класс, а потом использо¬ вать аппарат математической логики. С каждым названием связывается некоторое теоретико-множественное отношение (предикат) для свойств объекта [504]. Предикаты зависят на¬ прямую от значений характеристик, определяющих «границы» существо¬ вания того или иного отношения. С отношениями, как некоторыми множествами, можно проводить опе¬ рации в рамках реляционной алгебры, представляющий соответствующий язык для описания операций над от¬ ношениями. Длина набора, характеризующе¬ го отношение, именуется как мест¬ ность отношения п, после чего от¬ ношение записывается как . Со¬ вокупность используемых названий (имен) для отношений называется сигнатурой, где каждое название R^ выделяется еще и указанием местно¬ сти стоящего за ним отношения, т.е. предполагается существование опера¬ тора а(-): r{n) =a(R{n)). (1.1) В данном случае понятию сопос¬ тавляется теоретико-множественное отношение. Если на отношении опре¬ делены еще и предикаты, то значе¬ ниями предиката становятся еще и высказывания, для которых устанав¬ ливается значение истинности. Соот¬ ветствующими логическими пере¬ менными выступают сигнатуры (точ¬ нее, высказывания из сигнатур), с по¬ мощью которых формулируется и ус¬ танавливается истинность суждений об объекте, обозначенным сигнату¬ рой. Сигнатуры, как заменители объ¬ ектов при применении методов тео¬ рии множеств и математической ло¬ гики, мы в этой книге будем стараться обозначать своими именами, но с до¬ бавлением фигурных скобок, которые переводят имя в объект математиче¬ ской логики или алгебры. В качестве сигнатур при формировании модели цели выступают названия некоорди¬ натных и координатных характери¬ стик цели. Такой оператор а() должен рассматриваться как соответствие словесного и формализованного описаний одного и того , же объекта. Это множество признаков, организо¬ ванное в виде отношений и предика¬ тов, может пополняться, в том числе, и в текущем времени и использовать для своей характеристики количест¬ венные оценки. А затем, эти отно¬ шения можно трансформировать в другие более специфические мате¬ матические структуры, используе¬ мые при формальном описании, на¬ пример, операторы и функционалы. Тогда модель объекта - это совокуп¬ ность М всех принимаемых во вни¬ мание характеристик объекта с за¬
данными на этом множестве отно¬ шениями: <М, г(п)>, где вся совокупность отношений за¬ фиксирована короткой записью г. Если требуется детализировать при¬ нимаемые во внимание отношения (увеличивать их число), то их отде¬ ляют друг от друга нижними индек¬ сами. Соответственно заявляют, что совокупность всех принимаемых во внимание названий отношений для модели называется сигнатурой этой модели. По этой причине в матема¬ тике любят записывать модель как <М, а>. (1.2) Для целей в качестве базового множества М выбираются координат¬ ные и некоординатные характеристи¬ ки объектов наблюдения, фиксируе¬ мые информационными датчиками комплекса ВТО. Модель, следова¬ тельно, выявляет учитываемые свой¬ ства объекта, обеспечивает их форма¬ лизованное представление, выбирает подходящее описание его свойств, учитывает структуру описаний указа¬ нием на их местность. Грамотно вы¬ бранная модель после подстановки в нее количественных значений для всех используемых в ней параметров выводит на описание объекта, полно¬ стью воспроизводящее его поведение в рамках некоей принятой теории. Та¬ кое представление объекта: модель + численные значения параметров выступает по отношению к модели как оригинал. Название элементов сигнатуры выступает как основа для некоего вы¬ сказывания о свойствах цели. Напри¬ мер, важнейшее для ВТО высказыва¬ ние относительно цели состоит в про¬ верке на истинность утверждения: «Обеспечивается ли при наличии та¬ кого свойства (параметров) у цели ее избирательное поражение рассмат¬ риваемым ВТО или нет» или, короче, {уязвима цель или нет). После такой проверки на истин¬ ность в информационное пространство комплекса ВТО поступает сигнатура {обеспечивается} или {не обеспечивается} или {уязвима} и {неуязвима}. С помощью логических связок можно строить из отношений более сложные отношения. Здесь уместно ввести такое понятие как Ф(х,, *2,..., хт), где xl9 х2,..., хт - элементы базового множества М, представляющая некое возможное высказывание об элемен¬ тах базового множества, в нашем слу¬ чае, о цели. Формулы имеют одинаковый вид для любой модели цели с той же са¬ мой сигнатурой. Поэтому можно вы¬ водить из одних формул другие, для чего следует зафиксировать правила вывода (продукции). В математике такие правила формируются в рамках формальной теории, оперирующей только сигнатурами. Формальной теорией называется множество формул [Ф] в сигнатуре Q = {i?(w)} вместе с набором [р] пра¬ вил вывода:
формальная теория = = множество формул [Ф] + + сигнатура Q = + + набор правил вывода [р]. (1.3) Формулы [Ф], входящие в опре¬ деление формальной теории, называ¬ ются аксиомами этой теории. С помощью формальной теории можно изменять используемые сигна¬ туры, чаще всего обогащая их новыми именами, а значит и свойствами. Мо¬ дельное представление (1.1)—(1.3) бу¬ дем применять и к комплексу ВТО, хотя бы потому, что при его функ¬ ционировании используются модель¬ ные сведения об объектах наблюде¬ ния и поражения. В этом случае говорят о реализа¬ ции формальной теории с помощью той или иной модели. Пример: цель -уязвимая = = цель обнаруживаемая х {координаты и динамика цели выявлены => цель требуемое время на¬ ходится или будет находиться в зоне ответственности комплекса ВТО) х х {возможно распознавание цели => класс цели допускает в принципе ее избирательное поражение данным боевым средством ВТО) х х цель не имеет эффективного огневого и радиоэлектронного при¬ крытия х х цель - не актор х х цель - не артефакт х х отсутствие маневра, исклю¬ чающего сопровождение цели, где => - процедура логического сле¬ дования (импликации); + - объедине¬ ние данных; х - логическое умноже¬ ние (конъюнкция), а об акторах и ар¬ тефактах, как о специфических целях, исключающих или затрудняющих возможность их избирательного по¬ ражения, речь пойдет ниже. Формальная теория, описываю¬ щая процессы в некоторой системе, действует в рамках принимаемых ло¬ гических правил, которые называются исчислением логического вывода. Фундаментальным достижением современной теории алгоритмов яв¬ ляется доказательство взаимной экви¬ валентности известных абстрактных вычислительных систем с набором дискретных преобразователей ин¬ формации: ■ исчисления Поста; ■ алгоритмы Маркова; ■ машины Шенхаге; ■ полусистемы Туэ и др. [793]. Двойственность ситуации взаим¬ ной дескриптивной эквивалентности известных абстрактных систем за¬ ключается в том, что алгоритмы и ис¬ числения имеют статус самостоятель¬ ных объектов с собственными зако¬ нами преобразования информации, с другой стороны, взаимная эквива¬ лентность алгоритмов и исчислений обусловливает существование для каждого алгоритма соответствующего исчисления, порождающего область определения этого алгоритма, а для каждого исчисления - такого алго¬ ритма, область определения которого совпадает с перечислением, генери¬ руемым исходным исчислением. Это позволяет вести исследова¬ ние на основе алгоритмического представления без потери общих
свойств абстрактных систем (исчис¬ ления). Итак, исчисление сводится к использованию вспомогательного объекта, состоящего из совокупности алгоритмов, т.е. исчисление осущест¬ вляется формированием алгоритмиче¬ ских представлений о процессах. Таким образом, если в информационной платформе ВТО возникает необходимость при описании тех или иных процессов ис¬ пользовать логику исчислений, то она на модельном уровне трансформируется в со¬ вокупность совершаемых алгоритмов, осу¬ ществляющих в совокупности те же инфор¬ мационные процессы, что и исчисление. Примеры действия теорий в от¬ ношении моделей целей (в качестве аксиом принимаются аксиомы теории высказываний математической логи¬ ки). 1. Пусть в структуре цели нахо¬ дится три демаскирующих признака, которые мы обозначим А, 5, С. Факт демаскировки обозначим (логиче¬ ской) единицей. Признаки А и В обла¬ дают таким действием, что цель мас¬ кируется только тогда, если проявля¬ ют себя оба признака, т.е. когда А —> (не В). Теперь пусть признаки А и С та¬ кие, что проявление любого из них демаскирует цель. На языке матема¬ тической логики это соответствует высказыванию А или С (А + Q, т.е. цель не обнаруживается только в том случае, если только оба признака «выключены». Пара В и С ведет себя с точки зрения обеспечения маски¬ ровки как А и С, т.е. В —> (не Q. Итак, как должна вести себя цель, чтобы ее не обнаружили? Для этого нужно рассмотреть условие, чтобы цель демаскировалась: А —> (не В) х (А + Q х В —> (не Q. Оказывается, это условие по пра¬ вилам исчисления высказываний рав¬ но (А + С)х(не В), т.е. цель не обнаружится, если только признак В «включился». С этой точки зрения абсолютно безразлично пове¬ дение признаков А и С. С другой сто¬ роны, столь же гарантированное не- обнаружение произойдет, если при¬ знаки А и С «выключаться» одновре¬ менно при полном безразличии к су¬ ществованию признака В. Ну и уж, разумеется, такой же эффект гаранти¬ руется при исключении всех трех де¬ маскирующих признаков. 2. Пусть имеются пять целей А, 5, С, D и Е, расположенных одновре¬ менно в зоне боевых действий. Пора- жаемость каждой цели оценивается высказыванием, где 1 означает, что цель поражаема. Известно, что если средство ВТО сумеет поразить цель А, то оно гарантированно сумеет по¬ разить и цель В. На языке исчисления высказываний это означает, что А^В. Известно также, ВТО обеспечивает поражение любой из целей (или обеих вместе) D и Е, т.е. (D+E). Цели В и С могут быть поражены только пооди¬ ночке, т.е. В Ф С (например, никогда
не находятся близко друг к другу). В свою очередь, цели С и Z) поражаются одновременно или С = D. Наконец, если поражается цель Е, то это гаран¬ тирует поражение целей А и D: E^>(A*D). Что можно сказать о пора¬ жаемое™ всей группы целей? Общее высказывание для поражаемости группы из перечисленных пяти целей определяется логическим высказыва¬ нием (A^>B)x(D + E)x x(B*C)x(C = D)x хЕ ((А х D)). Опять же, используя логику вы¬ сказываний, можно убедиться, что это выражение сводится к следующему: 1)хСх(не5)х(не^)х(неЕ). Итак, при нанесении удара пора¬ зятся цели D и С, а цели А, В, Е - уце¬ леют. Выше были рассмотрены самые простые процедуры формирования аксиом и правил вывода, которые предложила математическая логика. Она сегодня накопила огромный ар¬ сенал изощренных техник, позво¬ ляющих выносить далеко не столь тривиальные суждения о сложных объектах [556, 317, 644] и, самое главное, донести эти техники до ком¬ пьютера. Современные информационные технологии извлечения знаний не столь просты и прямолинейны. В ин¬ форматике одной из главных структур данных для представления знаний вы¬ ступают ассоциативные правила [201, 885, 894]. Предложен широкий набор методов и алгоритмов для поиска и/или генерации ассоциативных пра¬ вил, который может быть применен при рассмотрении избирательного поражения. Важно отметить, что ас¬ социативные правила имеют структу¬ ру логического следования (имплика¬ ций). Формальная теория невозможна без реализаций, т.е. она должна быть доведена до моделей с их базовыми множествами. Реализация или вопло¬ щение формальной теории есть мо¬ дель в той же сигнатуре, в которой описаны аксиомы теории. В модели есть все, что есть в формальной тео¬ рии, и, кроме того, добавляется ба¬ зисное множество (применительно к комплексам ВТО - характеристики цели). Для систем самонаведения [129] формальная теория задает пра¬ вила оперирования с некоординатны¬ ми характеристиками цели (которые выступают в качестве фрагмента сиг¬ натуры любой теории, рассматри¬ вающей средства ВТО) и закономер¬ ности их трансформирования в суж¬ дения относительно уязвимости це¬ лей, при наблюдении фоноцелевой обстановки. Упоминание только о не¬ координатных характеристиках учи¬ тывает их приоритет при формирова¬ нии только формул теории, касаю¬ щихся суждения об избирательном поражении целей. Модели поражаемых целей должны отли¬ чаться друг от друга только конкретными наборами указанных характеристик, вклю¬ чая и сигнатурами, участвующими в форму¬ лировке аксиом теории, определяющей пра¬ вила для избирательного поражения. Если
сигнатуры у моделей целей совпадают, то указанные различия обнаруживаются на уровне оригиналов. Эти требования опреде¬ ляют выбор аксиом для формальной теории. Полное описание цели в рамках имеющихся ресурсов по характери¬ стике ее свойств дают модель или ее только сигнатурное представление - информационный портрет [621]. Полнота здесь понимается в том смысле, что все сведения о цели, ко¬ торые могут быть необходимы при создании и анализе функционирова¬ ния комплекса ВТО, могут быть упа¬ кованы в виде модели или информа¬ ционного портрета. Информационный портрет может потребовать соответ¬ ствующего базового множества, что¬ бы стать моделью. Нужно всегда иметь в виду, что самой «лучшей» (в смысле полноты отражения присущих свойств) моде¬ лью является сама цель, которую можно считать соответствующим фи¬ зическим портретом цели. Часто предполагается, что физический портрет цели всегда включает в себя остальные виды портретов, полей и пространств, используемых в качест¬ ве описаний цели (ее моделей). Другими словами, устанавливается опреде¬ ленная иерархия для моделей, где все сиг¬ нальные и информационные описания цели рассматриваются как виртуальные сущно¬ сти, являющиеся только управляющей над¬ стройками над процессами в формате мо¬ делей управления комплексом ВТО. Для цели, являющейся базовым элементом теории систем самонаве¬ дения ВТО, ее модель базируется, прежде всего, на дистанционно фик¬ сируемых оценках ее рассеивающих свойств и определяется как некое опять же теоретико-множественное отношение на наборе характеристик, соответствующих зондирующим цель и рассеянным ею сигналам. Для оптикоэлектронных систем самонаведения добавляются еще и характеристики излучательной спо¬ собности. Поскольку зондирующий сигнал при наблюдении цели всегда известен, а для нынешних систем са¬ монаведения чаще всего еще и фик¬ сирован, то в качестве базового мно¬ жества при оценивании характери¬ стик рассеяния можно использовать реализации только рассеянного целью сигнала. По этой причине в качестве характеристики рассеивающей спо¬ собности можно выбрать сам рассе¬ янный целью сигнал. Если в процессе наблюдения целей используются раз¬ ные условия наблюдения, то прихо¬ дится варьировать зондирующими сигналами и искать новые способы инвариантного, не зависящего от ус¬ ловий наблюдения, описания рассеи¬ вающих свойств цели. Итак, при использовании сформированной модели цели для исследования функции избирательного поражения всегда наступа¬ ет этап трансформации ее в оригинал этой модели. Здесь концентрируются в единый математический объект все количест¬ венные характеристики свойств (при¬ знаков) цели, которые могут быть за¬ фиксированы и получены конкретным
комплексом ВТО. Другими словами, сигнатуры модели в соответствии с их местностями превращаются сначала в отношения, а затем, после количест¬ венной суперпозиции - в оригиналы. Теперь цель получает соответствую¬ щее формальное (математическое) описание, являющееся производным от ее модели. Такая формальная струк¬ тура называется оператором цели. Он позволяет для заданной цели оценить все фиксируемые комплексом ВТО количественные характеристики сиг¬ налов от этой цели. Оператор цели можно считать сигнальной интерпре¬ тацией ее модели. Он соответствует процедуре получения сигналов от цели при любых условиях ее наблюдения конкретными РУК и системой само¬ наведения. Такие условия задаются применяемыми сигналами и ракурса¬ ми наблюдения. Его можно считать моделью цели, но без сигнатур. Опера¬ тор цели, координатные и некоорди¬ натные характеристики которой оце¬ ниваются из характеристик излученно¬ го ею сигнала, можно назвать опера¬ тором излучения цели, а в случае оценки характеристик рассеянного целью поля - оператором рассеяния. Далее операторы будем обозна¬ чать заглавными латинскими или гре¬ ческими буквами, и они трансформи¬ руют одни воздействия (например, сигналы) в отклики (например, другие сигналы), например zt = Z(-). Если операторы изменяются во времени, то для них используются те же принципы отметки динамики Z,(). Операторы можно считать не¬ зависимыми от входных процессов - просто следует выбирать грамотное для них представление. В теории систем самонаведения конструируют различные удобные многомерные векторные пространства для фикса¬ ции соответствующих операторов. Математики доказали целый ряд очень полезных утверждений относи¬ тельно операторов, как функций, по¬ лучающихся в результате суперпози¬ ции. Так, выдающиеся отечественные ученые академик АН СССР А.Н. Кол¬ могоров и академик РАН В.И. Ар¬ нольд показали, что любой непрерыв¬ ный оператор п переменных (а все операторы для совершаемых в техни¬ ческих системах преобразований под¬ ходят под этот статус) можно полу¬ чить с помощью операций сложения, умножения и суперпозиции из непре¬ рывных функций одного переменного [519]. Дальнейшим развитием теоре¬ мы Колмогорова-Арнольда стала теорема Хехт-Нильсена, прямо ори¬ ентирующая на реализацию операто¬ ров по технологии нейронных сетей [519]. Другими словами, всегда «аб¬ страктному» оператору можно сопос¬ тавить по определенному правилу не¬ который явный оператор, причем тех¬ нология Колмогорова выведет на единственное его конкретное пред¬ ставление или всякая цель допускает свое формальное представление для реализации в процедурах избиратель¬ ного поражения. Нейронная сеть - это аппаратурное представление со¬ вершаемых процессов, позволяющих реализовать (точнее, равномерно при¬ близить) любую непрерывную вычис¬ лительную процедуру. Отсюда можно вывести очень важный принцип, ко¬ торый назовем принципом физической реализуемости:
любая технология обработки сигналов может быть реализована некоторой комбинацией преобразований, причем как в программном S /W, (1-4) так и, в аппаратурном HIW исполнении. Этот принцип допускает более физичную (аппаратурную) формули¬ ровку, использующую справедливость тезиса Черча-Тьюринга-Дойча\ «ка¬ ждая конечно реализуемая физиче¬ ская система может быть полностью промоделирована (воспроизведена) универсальной вычислительной ма¬ шиной, оперирующей конечными средствами». Принципиальная возможность перенесения физической сущности в термины машины Тьюринга позволяет говорить о программи¬ руемых цифровых технологиях, для которых нет ограничений по информационному представлению данных, получаемых от фи¬ зической составляющей системы. Совокуп¬ ность аппаратных средств и программных компонент обработки информационных по¬ токов дают интегрированную информаци¬ онно-языковую систему для комплекса ВТО, которая реализует взаимно однознач¬ ное соответствие элементов физического и информационного пространств. Свойства целей, КАК ОБЪЕКТОВ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ПОРАЖЕНИЯ Отмеченный подход к описанию цели предполагает ее предсказуемость, которая означает что поведение достаточно законо¬ мерно, чтобы был возможен хотя бы ло¬ кальный прогноз результатов тех или иных действий. Необходимым, но не достаточ¬ ным условием предсказуемости выступает наблюдаемость цели. Наблюдаемость озна¬ чает, что характеристики цели могут быть в принципе оценены из фиксируемого сред¬ ством ВТО сигнала, а предсказуемость цели определяет принципиальную возможность достоверного оценивания поведения цели (на языке характеристик цели или операто¬ ра рассеяния) на некоторый промежуток времени (фактически это условие означает, что на любой). Для средств ВТО предсказуемость це¬ ли означает, что любое поведение цели полностью укладывается в логику функ¬ ционирования средств ВТО. Слово «любой» при характеристике предсказуемости озна¬ чает «любой среди элементов заданного, оговоренного заранее множества». Огра¬ ничения обуславлены видом применяемых зондирующих сигналов, функциональными возможностями комплекса ВТО, условиями наблюдения (прежде всего, ракурсом цели) и классом целей и оцениваемых (т.е. ис¬ пользуемых) комплексом ВТО характери¬ стик цели. Например, ЭПР позволяет оце¬ нить только амплитуду рассеянного линей¬ ной целью сигнала по амплитуде зонди¬ рующего, при жестко фиксированной ком¬ бинации поляризаций падающего и рассеянного сигналов, но для любой даль¬ ности до цели (с учетом, конечно же, энер¬ гетических ограничений). Цели с предска¬ зуемостью составляют предмет исследова¬ ния традиционной радиолокации или тео¬ рии мониторинговых систем [288, 312, 123, 122, 105, 488, 490, 122, 538, 536, 77].
Стремление работать именно с пред¬ сказуемыми целями непосредственно сле¬ дует из самой сути ВТО. Удовлетворить этому условию можно только при высоком уровне автоматизации всех процедур, со¬ вершаемых при избирательном поражении многих целей, да еще и в условиях ограни¬ ченности боевого ресурса при мощном ра¬ диоэлектронном и огневом противодейст¬ вии. Объекты в зоне ответственности ком¬ плекса ВТО обязательно должны наблю¬ даться, а объекты, назначенные целями, - еще и сопровождаться. Сегодня такое со¬ провождение осуществляется только по ко¬ ординатным характеристикам цели. Конеч¬ но, возможен и необходим при сопровож¬ дении учет также некоординатных характе¬ ристик, что уже происходит при организа¬ ции многоцелевого сопровождения с соответствующей экстраполяцией траекто¬ рий только для заданных целей. Сейчас будет обсуждаться та сторона отстаиваемого нами определения ВТО, где применительно к нему сформулировано требование, что оно должно обеспечивать «гарантированное избирательное пораже¬ ние малоразмерных и высокозащищенных целей на любой дальности в пределах его досягаемости при небольшом расходе средств поражения в реальных условиях боевого применения». Здесь всякая катего¬ ричность в требовании к ВТО, чтобы оно избирательно поражало любую цель в пре¬ делах своей досягаемости в любых реаль¬ ных условиях, снята уклончивыми опреде¬ лениями, типа «гарантированное», «мало¬ размерные и высокозащищенные цели», в «реальных условиях боевого применения». Дело в том, что абсолютным ВТО, где «все - любое», в принципе, не может быть ни одно оружие. Всегда нужно считать, что противник рано или поздно «приспособит¬ ся» к функциональным возможностям кон¬ кретного комплекса ВТО и сумеет затем их преодолеть. Если такой возможности в принципе нет, то нет никакого смысла за¬ ниматься радиоэлектронным и огневым противодействием, пускать цели по наибо¬ лее трудным для комплекса ВТО трассам, выбирать специфическую тактику функ¬ ционирования, скрывать свои намерения. Знаменитая сегодня теорема о неполноте Геделя [200, 413] применительно к ком¬ плексу ВТО как раз и утверждает, что все¬ гда найдется (в принципе, может существо¬ вать) цель или/и ситуация ее наблюдения, где заложенная в комплекс ВТО технология избирательного поражения не сработает. Напомним, и это очень важно для действия теоремы Геделя, что любая технология - есть совокупность именно конечного числа правил (практик, функций, процедур и т.д.). Вот такие цели или «цели + условия наблю¬ дения» (условия наблюдения = реальные боевые условия), которые в принципе дан¬ ный «нормально» функционирующий кон¬ кретный комплекс ВТО не способен нико¬ гда избирательно поразить, мы и называем целями-артефактами (артефакт - возник¬ ший в структуре системы объект, происхо¬ ждение которого не может быть объяснено логикой развития и функционирования этой системы). Логика существования таких целей проистекает только из запрограммируемо- сти совершаемых комплексом ВТО проце¬ дур. Интеллектуальные комплексы ВТО призваны преодолеть эту неспособность и парировать вызов со стороны противника, расширяя в процессе своего функциониро¬ вания номенклатуру и характеристики вы¬ полняемых процедур (функций). Цели, не попадающие под разряд артефактов, можно называть поражаемыми цели. Предлагая ввести в понятийный кар¬ кас теории систем ВТО такое новое поня¬ тие, как цель-артефакт (и акторы, см. далее), мы ставили своей задачей сконцентриро¬ вать внимание не только на ситуациях свя¬ занных с наблюдением и избирательным поражением поражаемых целей, но и столь же пристальное внимание уделять исследо¬ ванию ситуаций, когда огневой налет со¬ рвется - задачи, поставленные перед ком¬ плексом ВТО, окажутся не выполненными. Это не обязательно будут цели и боевые си¬ туации, «не охваченные техническим зада¬ нием» на комплекс ВТО, но и те, что воз¬ 30 Jiff
никают в рамках «дозволенного» при не¬ благоприятном стечении обстоятельств. В конце концов, всю совокупность коорди¬ натных и некоординатных характеристик целей (да еще и вместе с наблюдаемыми текущими ситуациями), гарантирующих избирательную поражаемость, просто не¬ мыслимо зафиксировать в процессе созда¬ ния комплекса ВТО. Артефактных ситуаций, в принципе, меньше, чем благоприятных для избира¬ тельного поражения. По этой причине кон¬ центрация внимания на артефактах позво¬ ляет, с одной стороны, избегать соответст¬ вующих ситуаций (не использовать ком¬ плекс ВТО попусту), а с другой стороны, стать побудительным мотивом для расши¬ рения функциональных возможностей ком¬ плекса ВТО, прежде всего, за счет усиления его информационной платформы. Выявле¬ ние артефактных целей и ситуаций призва¬ но осуществлять ситуационное (имитаци¬ онное) моделирование функционирования комплекса ВТО с виртуальным подыгрыва¬ нием разнообразных, может быть, на пер¬ вый взгляд, невероятных случаев боевого применения. После выявления сущностей в виде целей-артефактов используемые тех¬ нологии расширяются, дополняются новы¬ ми техниками избирательного поражения, после чего артефакты перестают ими быть (хотя бы потому, что их уверенно отделяют от поражаемых целей) и целиком вписыва¬ ются в эту обновленную логику. Все реальные цели занимают промежуточ¬ ное положение между артефактами и по¬ ражаемыми целями, находясь ближе к од¬ ному или к другому. Трудные для избирательного пораже¬ ния цели (но не артефакты!) в отстаи¬ ваемом нами определении ВТО звучат как «малоразмерные и высокозащищенные». Насколько часто и эффективно комплекс ВТО будет осуществлять избирательное поражение, спрятано под определение «га¬ рантированное». Гарантированность по¬ зволяет заявлять об осуществлении в принципе избирательного поражения дан¬ ной цели данным комплексом ВТО. Без предположения о существовании целей- артефактов любое определение ВТО бу¬ дет логически уязвимым. Наличие таких «трудных» для поражения средствами ВТО целей, заставляет некоторых авторов опре¬ деления понятия «ВТО» связывать высоко¬ точное избирательное поражение только с типовыми целями и ситуациями [479]. Непредсказуемые объекты наблюдения (не обязательно, цели-артефакты!), которые могут быть целями, изменяют настолько серьезно фиксируемые средствами ВТО свои характеристики или они находятся в таких условиях наблюдения, что эти сред¬ ства «пасуют», в том смысле, что они не могут правильно оценить координатные и некоординатные характеристики цели, в том числе и динамики, когда осуществля¬ ется захват и сопровождение, поскольку в них заранее не была заложена логика пове¬ дения в ответ на появление подобных не¬ предсказуемых целей. Как следствие, комплекс ВТО из-за отсутствия достоверной информации не может эффективно исполнять ту или иную функцию, необходимую при совершении избирательного поражения цели. Вообще говоря, все цели, которые не являются ти¬ повыми и которые не наблюдаются в кано¬ нических условиях, можно считать в той или иной степени непредсказуемыми для конкретного комплекса ВТО. Теорема Гёделя применима и к целям, как к защищаемым объектам - в принципе, цели, не изменяющие своей тактики функ¬ ционирования (не акторы, см. ниже) или сво¬ ей защиты, рано или поздно могут быть по¬ ражены соответствующим комплексом ВТО. Поэтому налицо в военном деле постоянно присутствует дуэльная ситуация между ком¬ плексом ВТО и целями, причем эта ситуация сегодня начинает переходить в плоскость интеллектуальных технологий и процедур.
Применительно, собственно, к систе¬ мам самонаведения, обеспечивающим осу¬ ществление избирательного поражения це¬ ли, для характеристик предсказуемой цели используется понятие информативных при¬ знаков цели. В традиционной радиолокации примером информативных признаков цели являются ее дальность, скорость и угловые координаты, оцениваемые соответственно по сигнальным характеристикам: задержка, сдвиг частоты и фиксированных различий в направлении прихода плоской волны. Ко¬ нечно, в общем случае, информативные признаки столь просто не связаны с харак¬ теристиками сигнала, особенно когда такие признаки соответствуют некоординатным характеристикам цели. Это обстоятельство и есть причина выделения информативных признаков цели. Следовательно, информа¬ тивные признаки - оценки характеристик цели, получаемые только непосредственно из сигналов РУК или системы самонаведе¬ ния. Информативные признаки предсказуе¬ мых для данного средства ВТО целей опять же предсказуемо транслируются в характе¬ ристики сигнала (оператор цели), а потому могут быть оценены этим средством и ис¬ пользованы при свершении функций, необ¬ ходимых для избирательного поражения. Перечень информативных признаков цели и диапазоны их оценки непосредственно за¬ висят от характеристик средства ВТО. Раз¬ личие между характеристиками и информа¬ тивными признаками цели состоит в том, что информативные признаки - это потен¬ циально выявляемые свойства (характери¬ стики) цели, с точки зрения их возможности дистанционного оценивания только по рас¬ сеивающим и/или излучательным характе¬ ристикам, которые могут быть использова¬ ны при избирательном поражении, а харак¬ теристики цели - все фактически выявлен¬ ные и применяемые данным средством ВТО знания о свойствах цели в том числе и дос¬ тавленные извне. Информативные признаки присущи только предсказуемым целям, а характеристики могут выявляться и у не¬ предсказуемых целей. Следовательно, опе¬ ратор цели может быть сформирован как для оценки характеристик цели, так и ин¬ формативных признаков. Цель-артефакт значительно усилит свои «обманные» способности, если она еще из¬ менит свою наблюдаемость. Такая цель может искажать свою на¬ блюдаемость и предсказуемость по коор¬ динатным, по некоординатным и по сово¬ купности координатных и некоординатных характеристик цели. Важно только чтобы те характеристики цели, которые превра¬ щают ее в артефакт, были оцениваемы средством ВТО, а оцененные характери¬ стики исключили возможность совершения избирательного поражения цели. Из-за специфики наблюдения за фоноцелевой обстановкой наиболее результативными являются искажения координатных харак¬ теристик цели. Указанные цели с искажен¬ ными координатными характеристиками становятся артефактами для любых средств наблюдения, если только эти сред¬ ства не выявляют эти артефакты и не от¬ страиваются от них. Цель-артефакт с точки зрения искаже¬ ния своей наблюдаемости, значит, и пред¬ сказуемости, может осуществлять свои дей¬ ствия по следующим правилам: ■ стать невидимой (не наблюдаемой) по той или иной характеристике цели для данного средства ВТО или, более ши¬ роко, некоторые (критические, т.е. не¬ посредственно влияющие на соверше¬ ние избирательного поражения) ха¬ рактеристики цели вышли за диапазон оценивания их средством ВТО; ■ сформировать физически не реальный объект наблюдения; ■ неожиданно для средства ВТО транс¬ формироваться в искаженные оцени¬ ваемые им характеристики фиксируе¬ мых сигналов; ■ обеспечить такие условия своего на¬ блюдения (артефактные), что «сбива¬ ют с толку» средства наблюдения за целью; » 32 тшятшттш
■ размазать те или иные характеристики цели, чаще всего координатные, по достаточно большому множеству фик¬ сируемых значений. Мероприятия по маскировке и имита¬ ции требуют замены цели на объекты, обес¬ печивающие для себя соответствующий на¬ бор фиксируемых средством ВТО характе¬ ристик сигнала. В этом случае противнику удается сформировать цель-артефакт по не¬ координатным характеристикам. Здесь цель становится «не такой», или какой-то объект фоноцелевой обстановки становится таким же как предназначенная для избирательного поражения цель. Для сбивания с «толку» комплексов ВТО используются довольно широкая номенклатура ложных целей, как дезинформирующие, отвлекающие, уводя¬ щие и т.п. Однако такие мероприятия следу¬ ет скорее отнести к разряду обеспечения не¬ предсказуемости цели, поскольку и цель, и ее заменитель - с точки зрения фиксируемых средством ВТО характеристик цели высту¬ пают как «нормальные» объекты наблюде¬ ния. Непредсказуемость целей обеспечивает¬ ся также объектами, изменяющими в процес¬ се своего наблюдения тактику поведения. Непредсказуемость снимается обыч¬ но учетом все большего числа характери¬ стик цели - сегодня, в основном, ее дина¬ мики. Например, высокоманевренные цели потребовали возрастания в структуре ком¬ плекса ВТО размерности контуров сопро¬ вождения целей - с добавлением фильтра¬ ции по ускорению, ускорению ускорения и т.п. или применять процедуры компенса¬ ции возникающих неопределенностей [470, 405, 506, 448]. Цели-артефакты, как невидимые для РУК и систем самонаведения объекты, создаются применением особых материалов и конст¬ руктивов, искажающих характеристики рассеяния цели таким образом, чтобы ис¬ ключить ее эффективное наблюдение и из¬ бирательное поражение. Здесь можно указать на ставший клас¬ сическим в радиолокации пример примене¬ ния Stealth-технологий [16]. Невидимость обеспечивается также охлаждением элемен¬ тов цели, имеющих высокую заметность для радиометрических систем, применени¬ ем сигналов, имеющих нулевую или орто¬ гональную поляризацию (исключается по¬ ляризационный прием), цель направляется по скрытной траектории. Как правило, скрытная траектория [474] обеспечивается для средств ВТО, работающих по воздуш¬ ным целям, основной функцией которых при наблюдении является осуществление доплеровской фильтрации. Физически нере¬ альные цели - это, прежде всего, цели- хамелеоны, изменяющие свои рассеиваю¬ щие или излучательные свойства, а также цели, выполненные из материалов, которые по своим свойствам резко отличаются от тех, что описываются традиционной физи¬ кой, например, из метаматериалов [372]. Размазывание характеристик цели ча¬ ще всего осуществляется постановкой соот¬ ветствующих завес или заменой цели на со¬ вокупность элементарных отражателей с разнообразными характеристиками. Отмеченные возможности по «созда¬ нию» противником целей-артефактов или непредсказуемых целей активно использу¬ ются при организации радиоэлектронного противодействия для противорадиолокаци- онных ракет. При действиях ВТО цель может (и обяза¬ на!) вести себя активно, чтобы затруднить, а то и исключить возможность ее огневого и радиоэлектронного поражения (снизить свою уязвимость). Цель в этом случае следует считать обусловленной. В этом смысле все цели для ВТО уже являются обусловленными, по¬ скольку они своим существованием (а точ¬ нее, тем, что они стали именно целями) в зоне боевых действий предполагают соот¬ ветствующие действия со стороны средств ВТО по осуществлению избирательного по¬ ражения. Однако обусловленность для цели простой констатацией факта, что она цель,
конечно же, не ограничивается. Цель стре¬ мится еще всячески изменять логику своего функционирования, воздействуя на свои ко¬ ординатные и некоординатные характери¬ стики, формируя такой оператор цели, ко¬ торый трудно преобразовать в модель (оце¬ нить координатные и некоординатные ха¬ рактеристики) цели. Именно цель с непра¬ вильно оцененными координатными и некоординатными характеристиками и есть фиксируемое комплексом ВТО проявление ее обусловленности. Обусловленность и предсказуемость применительно к цели описывают принципиально разные ее свой¬ ства, хотя цель-артефакт - как раз обуслов¬ ленная, непредсказуемая, да еще и не на¬ блюдаемая цель. Очевидно, что цель- артефакт способна серьезно затруднять ус¬ ловия своего наблюдения по неизвестному для ВТО правилу, а также тактику избира¬ тельного поражения. Цели, как объекты для избирательного поражения средствами ВТО, как раз все ча¬ ще становятся (по крайней мере, стремятся быть) в значительной степени непредска¬ зуемыми (а лучше - стараются выступать как артефакты), оставаясь, конечно же, обу¬ словленными для таких средств. Очевидно, что, как правило, такой характер цели наи¬ более рельефно проявляет себя для тех средств ВТО, которые при осуществлении избирательного поражения используют зна¬ ния о закономерностях функционирования цели, т.е. о предсказуемых целях. Эти зна¬ ния предполагаются известными для ком¬ плекса ВТО и выявляются его информаци¬ онными средствами дистанционно (напри¬ мер, характеристики траектории полета, на¬ личие и алгоритм функционирования на борту излучающих средств, изменение гео¬ метрии и рассеивающих свойств и т.д.). Любые изменения в таких закономерностях функционирования, делая цели непредска¬ зуемыми, выступают как проявление обу¬ словленности цели и затрудняют осуществ¬ ление процедуры ее избирательного пора¬ жения. Обусловленность цели проявляется в ее способности оценивать намерения средств ВТО, имея в своем составе, напри¬ мер, станцию предупреждения об облуче¬ нии [587, 764, 500], позволяющую грамот¬ но расходовать ресурсы цели для противо¬ действия средствам активной и пассивной защиты. Запрограммированные заранее действия цели по такому противодейст¬ вию, не учитывающие текущее состояние для боевой ситуации, используются ВТО в качестве надежного признака при выделе¬ нии целей из множества объектов наблю¬ дения, превращая их в предсказуемые, а потому уязвимые. Только что мы для характеристики цели использовали известные закономерно¬ сти функционирующих в ее составе радио¬ средств. Очевидно также, что для обуслов¬ ленных непредсказуемых для средств ВТО целей, которые можно считать активными (неожиданные действия, да еще и сопрово¬ ждающиеся воздействием на внешнюю сре¬ ду, всегда сопровождаются затратой энер¬ гии, почти все мероприятия по срыву на¬ блюдаемости также требуют затрат энер¬ гии), больше подходит понятие, задейство¬ ванное в теории искусственного интеллек¬ та - актор. Акторы - это активные элементы про¬ тиводействия и/или сдерживания. Цели, ис¬ следуемые традиционной радиолокацией, - принципиально не акторы. Мы будем на протяжении этой книги последовательно развивать содержание этого очень важного для сегодняшних радиолокационных задач понятия, а пока в качестве первого прибли¬ жения актор = = непредсказуемая обусловленная цель. Примером акторов являются внезапно обнаруживаемые цели. Акторы могут вы¬ ступать и как цели-артефакты. Сами ком¬ плексы ВТО должны выступать как акторы для средств, предназначенных для огневого и информационного противодействия этим комплексам. Лучшая ситуация для цели с точки зрения преодоления своей уязвимо¬ сти для комплекса ВТО - это быть одно¬
временно актором и артефактом. Можно считать, что цель-актор также описывается неким оператором - оцениваемым в теку¬ щем времени оператором цели (но не спо¬ собным эффективно предсказать на доста¬ точно длительный интервал времени свою динамику, для цели-артефакта такое пред¬ сказание в принципе невозможно). Непред¬ сказуемая (неожиданная), но зафиксирован¬ ная комплексом ВТО динамика для опера¬ тора цели и есть доступное описание пове¬ дения цели [514]. Следует отметить, что приведенная здесь классификация целей следовала системно¬ му подходу - все классификационные при¬ знаки и соответствующие характеристики следовали из возможностей комплекса ВТО и решаемой им задачи по избиратель¬ ному поражению. Для других средств цели могут вполне поменять свой статус, на чем и базируется переход к комбинированным комплексам ВТО. ПОИСК ЦЕЛИ Примером процедуры функцио¬ нирования комплекса ВТО, которая соединяет в единое целое (точнее, ис¬ пользует и те и другие) координатные и некоординатные характеристики цели является процедура поиска (см. например, [482, 282, 815, 828]. Поиск - процедура нахождения за¬ данного объекта в зоне ответственно¬ сти. В канонической радиолокации поиск есть определение факта обна¬ ружения объекта [855] вкупе с оцен¬ кой таких координатных характери¬ стик, как скорость и дальность. Ста¬ тистические методы поиска основы¬ ваются на расчете различных частот¬ ных характеристик: частоты появле¬ ния комбинации тех или иных харак¬ теристик сигнала в зависимости от целей, взвешенной частоты вхожде¬ ния и частоты совместного вхождения выявляемых координатных характе¬ ристик. Основной единицей инфор¬ мации, которой оперируют статисти¬ ческие методы поиска, является час¬ тота появления той или иной комби¬ нации выявленных координатных ха¬ рактеристик, свойственной наблю¬ даемой цели. При появлении ожидае¬ мой комбинации решение о том, что она принадлежит заданной цели, вы¬ носится по факту, что такая комбина¬ ция раньше наблюдалась чаще всего для такой-то определенной цели. Свя¬ зи между такими комбинациями рас¬ сматриваются исключительно с мате¬ матической, а не логической точки зрения. Комбинация выявленных ко¬ ординатных характеристик от одной цели предполагается в значительной степени вариативной. Однако такие методы не всегда позволяют получить желаемые точность и полноту ответов на заявленный поиск требуемой цели, поскольку важность той или иной це¬ ли не напрямую связана с частотой появления соответствующей комби¬ нации координатных характеристик. Системы поиска, основанные на базе знаний, занимаются поиском ин¬ формации на основе некоторых внешних знаний о структуре и важно¬ сти целей. Они используют концепту¬ альные отношения, которые не при¬
меняются при статистическом поиске. Одним из наиболее простых способов представления знаний является файл синонимов, устанавливающий какие комбинации координатных характе¬ ристик принадлежат одной цели. Дру¬ гой подход к системам, основанным на базе знаний, использует иерархию терминов и понятий, т.е. некоорди¬ натных характеристик, создаваемую при формировании правил поиска. Третий известен как подход на основе логических правил. С такой функцией тесно смыкается задача выделения в окружающей обстановке ключевых малоразмерных (точечных) объектов - потенциальных целей или всех участ¬ ников организации и осуществления избирательного поражения. Заданность объекта оценивается, прежде всего, его некоординатными характеристиками, зафиксированны¬ ми в виде соответствующих сигнатур. Такая постановка задачи поиска зна¬ чительно расширяет традиционную ее трактовку, где поиск формулировался только на языке координатных харак¬ теристик. Эти характеристики, задан¬ ные в виде сигнатур, проявляют себя через фиксируемые комплексом ВТО параметры сигналов (в конечном ито¬ ге, операторов цели), которые органи¬ зуются в совокупности теоретико¬ множественных отношений и сигна¬ тур (т.е., модель) для формализован¬ ного описания с трансформацией в соответствующий оригинал. С введе¬ нием в рассмотрение некоординатных характеристик поиск может осущест¬ вляться непосредственно по ним. Се¬ годня же отмеченная здесь заданность объекта поиска транслируется в вы¬ явление комбинации множества сущих ему характеристик (задай свойств), а именно: модели цех прежде всего, координатных харг ристик. Поиск-обнаружение (при т* подходе) представляется как пс но тех объектов, которые по ci свойствам (в классической ради кации - только по координатные рактеристикам) отличны от др объектов. Обнаружение - это установл факта наличия видимого данным формационным средством объ [18]. Обнаружение (поиск по э гии) - есть обязательная проце, любого поиска, если только нака] не осуществлена концентрация ре сов, в данном случае, системы сам ведения, на локальность такого о ружения (поиск сводится к обнар нию цели в заданном месте). Вс неопределенность по координат характеристикам формирует свою неопределенности. Отмеченная г сказуемость цели означает также собность комплекса ВТО постов уменьшать с течением времени эт; ну неопределенности, описываем] помощью некоординатных и коо натных характеристик цели. Когда речь шла о примерах лей, как объектов поражения Е возникала необходимость испо.г вания, в основном, «некоординать сигнатур, как {тип цели}, {кора£ {помеха}, {цель-артефакт}, {эле тарная} и {групповая} цели, {об для поражения противорадиолок онной ракетой}, {объекты экон< ки}, {надводная цель}, {разру]
ный} или {выведенный из строя} объ¬ ект, а также другие цели. Этот список сигнатур может быть продолжен, на¬ пример, {воздушная}, {космическая}, {морская}, {большая} или {малая}, {точечная} или {распределенная (по пространству или площади)}, {выпол¬ ненная по технологии Stealth} ({ра¬ диолокационно невидимая}), {укреп¬ ленная}, {замаскированная}, {защи¬ щенная}, {достижимая}, {уязвимая}, {обусловленная}, {стратегическая} или {тактическая} и т.д. цели. Важно подчеркнуть, что все эти сигнатуры проистекают «от ВТО» (точнее, от используемого комплексом ВТО классификатора), и благодаря включению в обиход сигнатур цель становится информационным объек¬ том для систем ВТО. Формируется, та¬ ким образом, соответствующая модель цели (с дополнением базового множе¬ ства или оператора цели из соответст¬ вующих координатных и некоординат¬ ных характеристик), выступающая как «наблюдаемая цель». Обычно здесь вводят еще одно требование, чтобы та¬ кая цель была еще и типовой, т.е. опи¬ сывалась языковыми средствами Еди¬ ного информационного пространства ВС РФ (точнее, ее подсистемой - Еди¬ ной системой исходных данных). Базовое множество этой модели зафиксировало оцениваемые первич¬ ными информационными датчиками комплекса ВТО характеристики сиг¬ налов от целей, а потом это множе¬ ство упорядочивается соответст¬ вующим оператором цели, а сигнату¬ ра - сущность, роль и значение цели с точки зрения участия ее в боевой операции. Был также введен нами в обиход еще один объект, как опера¬ тор цели, представляющий результат исключения сигнатурного описания цели из ее модели. Мы будем различать оператор цели, как имманентно присущую цели характеристику ее индивидуальных свойств, существенных при рассмот¬ рении избирательного поражения, во¬ обще говоря, инвариантную к выбору базового множества (поскольку этот оператор сформирован для любых ус¬ ловий наблюдения цели конкретной системой в структуре комплекса ВТО), и фактически полученную реа¬ лизацию для такого оператора, обу¬ словленную конкретным выбором этого базового множества (в данном случае вплоть до значений характери¬ стик сигналов). Задание такого базо¬ вого множества определит все харак¬ теристики оператора цели. Портрет цели Сигнальный портрет цели есть сформированная комплексом ВТО оценка оператора цели для конкрет¬ ных условий ее наблюдения. В нем отображаются информативные при¬ знаки цели, точнее, те их них, которые непосредственно могут трансформи¬ роваться в характеристики цели. Можно заявлять, что источником сигнального поля являются информа¬
тивные признаки цели и других объ¬ ектов наблюдения, а источником сиг¬ нального портрета - фиксируемые конкретным комплексом ВТО коор¬ динатные и некоординатные характе¬ ристики цели. Это определение до¬ пускает включение в сигнальный портрет (сигнальное поле) сигналов от других объектов фоноцелевой об¬ становки, наблюдаемых вместе с це¬ лью. Для оператора цели все объекты фоноцелевой обстановки принципи¬ ально действуют (проявляются в сиг¬ нальном поле) по одиночке (разре¬ шаются) и можно сказать, каков вклад каждого из них. В сигнальном порт¬ рете такую возможность разрешения допускать нельзя - здесь «что полу¬ чилось, то и получилось». Характери¬ стики средства ВТО, как правило, «портят» сигнальное поле, «расфоку- сируя» наблюдаемые объекты с точки зрения их координатных и некоорди¬ натных характеристик. Сигнальный портрет оценивается конкрет¬ ным комплексом ВТО с учетом ограниче¬ ний, свойственных текущему наблюдению фоноцелевой обстановки и характеристи¬ кам этого комплекса. В процедуре подго¬ товки и осуществления избирательного по¬ ражения участвует только сигнальный портрет цели, а ее оператор позволяет оце¬ нить потенциальные возможности того или иного комплекса ВТО. Но поскольку сигналы обяза¬ тельно трансформируются в процессе своей обработки в структуре ком¬ плекса ВТО, то сигнальный портрет также допускает преобразование ин¬ формации о фоноцелевой обстановке к виду, облегчающему избирательное поражение, например, после селекции цели от мешающих отражений и по¬ мех или, напротив, при предоставле¬ нии всей информации о фоноцелевой обстановке, окружающей цель. Зна¬ чит, сигнальный портрет может трансформироваться к виду, облег¬ чающему анализ фоноцелевой обста¬ новки с оценкой координатных и не¬ координатных характеристик цели и «сопутствующих» наблюдению цели объектов. Важно отметить, что некоорди¬ натные характеристики сигнального портрета, в соответствии логикой оператора цели, реализацией которого такой портрет является, оцениваются сейчас только в текущем режиме по зафиксированному сигналу без при¬ влечения дополнительной «внесиг- нальной» информации. Как координатные, так и некоординатные характеристики, выявляемые из сигнально¬ го портрета цели, могут проистекать только из информативных признаков цели. С этой позиции сигнальный порт¬ рет на пределе своих возможностей совершаемые преобразования + + полнота выявления информативных признаков может представить в качестве неко¬ ординатных характеристик цели ее двумерное (трехмерное) изображение, по которому непосредственно оцени¬ ваются такие некоординатные харак¬ теристики, как контуры, геометрия, размеры, состояние поверхности. Ча¬ ще всего, указанное изображение сво¬
дится к выявлению центров рассеяния (блестящих точек) у объектов наблю¬ дения с оценкой их яркости, геомет¬ рии и координатных характеристик этих центров. Результат распознавания цели есть пример использования «внесиг- нальной» информации, соотносящей те или иные характеристики собст¬ венно сигнала с типами и классами объектов наблюдения, не относящи¬ мися к собственно информативным признакам цели, а потому результат распознавания не должен включаться в состав сигнального портрета. При¬ влечение «внесигнальной» информа¬ ции трансформирует сигнальные не¬ координатные характеристики цели в другую некоординатную характери¬ стику - сигнатуру цели. В этом смысле наблюдаемая цель, как ее сигнальный портрет с сигнатурой (т.е. модель цели), есть синоним для понятия расчетная типовая цель. Вы¬ бор сигнатур задает класс наблюдае¬ мых целей. Очевидно, что отличаю¬ щиеся друг от друга реальные цели могут совпадать по зафиксирован¬ ным сигнальным портретам, особен¬ но в классе достаточно «бедных» сигнатур и маломестного базового множества, и наоборот, две разли¬ чающиеся своими сигнальными портретами цели могут быть одина¬ ковыми. Сигнатура, а не сигнальный портрет задает отношение равенства на множестве целей. А все-таки, почему выбраны в качестве описания сигналов такие по¬ нятия как «портрет», за которым сто¬ ят сущности, представляемые как объекты, имеющие явную простран¬ ственно-временную структуру? Здесь все связано с механизмом проявления предсказуемости сигналов комплекса ВТО. Ведь предсказуемость предпо¬ лагает возможность выбора чего-то одного, ожидаемого в будущем, из некоторого множества возможного. Возможность предсказания следует из увя¬ зывания имеющихся реализаций сигнала с условиями их получения, которое позволит для наблюдаемых условий восстановить сигнал. Тогда прогнозирование условий получения позволит оценить и пред¬ сказать характеристики сигнала, если, конечно, есть в наличии соответст¬ вующая этим условиям реализация сигнала. Многие информативные при¬ знаки цели сохраняют свои характе¬ ристики при изменении ее ракурса наблюдения, чем пользуются как при оценке угловой зависимости сигнала, так и при нахождении сигнала от сложной цели, если известны сигналы от ее элементов. На этой стабильно¬ сти и предсказуемости тех или иных характеристик сигнала базируются все предложенные до настоящего времени методы фильтрации. Если цель в процессе своего на¬ блюдения уже задействовала ожидае¬ мые условия, то предсказанное значе¬ ние сигнала соответствует воспроиз¬ ведению того, уже наблюденного зна¬ чения. При моделировании ситуаций такое представление материализуется в соответствующую совокупность от¬ счетов сигнала в зависимости от ус¬ ловий наблюдения. Такой «множест¬ венный» путь характерен при описа¬
нии цели как совокупности информа¬ тивных признаков. В этом случае предполагается, что существует опе¬ ратор цели для всех условий наблю¬ дения. По этой причине, оператор це¬ ли отвязывается от соответствующего портрета тем, что не учитывается влияние комплекса ВТО на характе¬ ристики фиксируемого сигнала, но еще и предполагается известной его структура при любых условиях на¬ блюдения. Из-за этого оператор цели с такой всеобъемлющей областью оп¬ ределения часто называют еще про¬ странством сигналов (сигнальным пространством). Текущая динамика сигнального портрета (сигнального поля) должна выбираться, ис¬ ходя из задач, которые решаются с исполь¬ зованием информации, необходимой для избирательного поражения. Это еще одна иллюстрация дей¬ ствия системного подхода, нацелен¬ ного на учет только тех сущностей, которые учитываются при функцио¬ нировании системы [675, 741], в дан¬ ном случае при осуществлении изби¬ рательного поражения. Виртуальные технологии позволяют изменять и формировать из оператора цели (а еще лучше - сигнального пространст¬ ва) соответствующую текущую про- странственно-временную структуру, отталкиваясь от реальных сигналов и условий наблюдения, сохраняя ин¬ формацию об информативных при¬ знаках целей. Например, можно сформировать сигнальный портрет только одного объекта фоноцелевой обстановки или одного разрешаемого элемента (пиксела) изображения фо¬ ноцелевой обстановки. Сигнальные портреты могут представлять развертки оператора це¬ ли по одной или нескольким коорди¬ натам (линиям положения) или даже по выбранным некоординатным ха¬ рактеристикам (т.е. только для задан¬ ного класса целей - чтобы получать такую «некоординатную» развертку по сигнальным параметрам, нужно уже привлекать «внесигнальную» ин¬ формацию). Сигнальный портрет есть один из способов задания информативного портрета наблюдаемого объекта, представляющего собой набор (сово¬ купность) заранее определенных па¬ раметров (идентификаторов) этого объекта. Информативный портрет - это сигнальный портрет, представ¬ ленный в заранее установленном ви¬ де, обеспечивающем его применение при осуществлении избирательного поражения. Другими словами, ин¬ формативный портрет есть типовой (узаконенный) сигнальный портрет для данного средства ВТО. Источни¬ ком информативного портрета высту¬ пают опять же только информативные признаки цели, а потому информа¬ тивный портрет в пределе содержит все выявляемые данным средством ВТО информативнее признаки цели. В сигнальном портрете в качестве идентификаторов выступают, как правило, параметры сигналов (рассе¬ янных или излученных целью), в ин¬ формативном портрете - оценки ко¬ ординатных и «сигнальных» (инфор¬ мативных) некоординатных характе¬ ристик цели.
Понятия сигнального и информативного портретов могут быть распространены на всю фоноцелевую обстановку, при этом портреты разбиваются на совокупность со¬ ответствующих портретов для объектов наблюдения (и целей). С точки зрения ВТО, некоорди¬ натные характеристики для цели, осо¬ бенно те, которые стали сигнатурны¬ ми, являются «главнее» в том смысле, что количественная конкретизация тех или иных свойств, зафиксирован¬ ных в сигнатуре словесным описани¬ ем, не трансформирует эту характери¬ стику в разряд полностью формализо¬ ванных. Выявленная по своей при¬ надлежности к какому-то классу цель со значениями координатных харак¬ теристик {такого-то класса, летящая на такой-то высоте с такой-то скоро¬ стью}, - это цель с соответствующей сигнатурной некоординатной харак¬ теристикой, правда, уточненной ко¬ личественно значениями сопутст¬ вующих координатных характери¬ стик, в совокупность более четко оп¬ ределивших как раз некоординатную характеристику, в данном случае, {цель такого-то класса}. Такое взаи¬ моотношение координатных и неко¬ ординатных характеристик мы будем называть приматом некоординатных характеристик. По этой причине, мы эту некоординатную характеристику с координатными параметрами вновь обозначили как сигнатуру. После проведения поиска цели это не просто обнаруженная цель, а это обнаружен¬ ная {заданная (та самая)} цель. По¬ этому факт обнаружения заданной цели также становится некоординат¬ ной характеристикой, и в этом смысле не нужно вводить специальный ре¬ жим «поиск-обнаружение». На осно¬ ве координатных характеристик цели всегда можно сформировать некоор¬ динатную характеристику, используя логический оператор {тот факт}, на¬ пример, {тот факт, что цель имеет та- кие-то координаты и такую-то дина¬ мику}. Можно также говорить, что не¬ координатные характеристики целей поглощают координатные. В теории систем, точнее, логике такое свойство относят к сфере действия абстракции членения, когда каждый объект рас¬ сматривается как множество объектов низшего уровня. Абстракция члене¬ ния, базирующаяся на сравнении не¬ координатных характеристик объек¬ тов наблюдения, позволяет не зацик¬ ливаться на выборе базового множе¬ ства (в случае систем ВТО - сигналь¬ ного или информационного портрета), поскольку допускается по иерархиче¬ скому включению используемых сиг¬ натур, типа «вверх или вниз», изме¬ нять уровень такого выбора, опять же применяемых сигнатур. Процесс получения некоорди¬ натной информации из информатив¬ ного или сигнального портретов мож¬ но уподоблять процедуре дешифри¬ рования (интерпретации). Дешифри¬ рование информативного портрета базируется на привлечении априор¬ ной «внесигнальной» информации о целях. После такого дешифрирования сигнальный или информативный портрет фоноцелевой обстановки ста¬ новится информационным - он фик¬ сируется некоординатными и некоор¬
динатными характеристиками выяв¬ ленных объектов обстановки. Следовательно, информационный портрет = = информативный портрет + + уточненные координатные характеристики объектов + + сигнатурные некоординатные характеристики объектов. Или информативный портрет может рассматриваться как предель¬ ное состояние при преобразовании сигнального портрета для нужд ком¬ плекса ВТО, и одновременно как ча¬ стный случай информационного, сформированного только из выявлен¬ ных на основе зафиксированных сиг¬ налов информативных признаков объектов фоноцелевой обстановки. Требование упорядоченности связано с тем, что информационное портрет это не таблица объектов зоны наблюдения с указанием их некоор¬ динатных и координатных характери¬ стик (точнее, их оценок), а их пред¬ ставление, позволяющее оценить складывающуюся тактическую обста¬ новку в зоне ответственности ком¬ плекса ВТО. Это может быть, например, кар¬ та, где в местах расположения объек¬ тов тем или иным способом отмеча¬ ются их некоординатные характери¬ стики, а также недостающие для кар¬ тографического представления коор¬ динатные (например, скорость, ускорение, высота и т.п.). Отличие информационного порт¬ рета цели от ее модели состоит в том, что он представляет как бы оценку модели, поскольку здесь сведения о координатных и некоординатных ха¬ рактеристиках цели задаются в явном виде без привязки к тем процедурам и сущностям, на основе которых эти сведения получены. У информационного портрета отсутствуют отношения, актуализирующие сигнатуры, координатные параметры задаются своими оценками, а не данными, где «запрятаны» такие оценки. При получении информационно¬ го портрета задействуются все ин¬ формационные ресурсы комплекса ВТО, а для информативного и сиг¬ нального портретов - только текущие оценки характеристик объектов на¬ блюдения, выявляемые из анализа сигналов, доступных при, опять же, текущем наблюдении объектов. Итак, сигнальный портрет преобра¬ зуется, сохраняя все нужные для комплекса ВТО информативные при¬ знаки объектов наблюдения, в ин¬ формативный портрет, который по¬ сле привлечения всех доступных о намерениях противника данных (де¬ шифрирования) становится информа¬ ционным портретом. Для радиотепловизионных систем формируются температурные порт¬ реты (поля) [641, 642]. Обычно в про¬ цессе дешифрирования используются наборы признаков исследуемых объек¬ тов, т.е. оцениваются элементы базово¬ го множества для моделей объектов. Эти комплексы зафиксированных ха¬ рактеристик сильно варьируют в зави¬ симости от применяемых сенсоров, природных условий, сезона, времени суток, освещенности и других причин.
Информационный портрет свертывает эту совокупность характеристик в сиг¬ натуры, привязанные к координатным характеристикам объектов. Процедура описания целей с по¬ мощью моделей, а тем более - опера¬ торов и портретов, должна обязатель¬ но «вести учет» сопутствующих про¬ цедуре избирательного поражения неопределенностей [825]. Уже отме¬ чалось, что предсказуемость цели как раз снижает зону неопределенности для выявляемых координатных и не¬ координатных характеристик. Цели-артефакты можно считать объектами наблюдения, имеющими значительную (чаще всего, даже превышающую зону от¬ ветственности средства ВТО) область не¬ определенности. Непредсказуемые цели имеют область неопределенности, как пра¬ вило, гораздо меньше зоны ответст¬ венности для комплекса ВТО, но дос¬ таточную, чтобы значительно снизить показатели эффективности для изби¬ рательного поражения. Такие неопределенности могут вызывать как сами функционирую¬ щие средства ВТО при осуществле¬ нии процедур избирательного пора¬ жения, так и внешние для этих средств объекты, прежде всего, объ¬ екты фоноцелевой обстановки. Пер¬ вый источник неопределенностей может быть выявлен по результатам испытаний средств ВТО, демонстри¬ рующих (способных быть зафиксиро¬ ванными) возможности избиратель¬ ного поражения известных целей (мо¬ дели которых полностью определены заранее до испытаний). Все выявлен¬ ные при таких испытаниях огрехи мо¬ гут быть названы ошибками функ¬ ционирования средств ВТО. Восполь¬ зовавшись абстракцией членения применительно к функции ВТО мож¬ но соотнести ошибки функциониро¬ вания средств ВТО с реализацией функции избирательного поражения процедурами более низкого (более детального) уровня, являющимися необходимыми и достаточными усло¬ виями для успешной реализации про¬ цедур (процедуры) более высокого уровня - собственно избирательного поражения. По крайней мере, две процедуры при избирательном пора¬ жении явно выявляются: доставка ра¬ кетного боеприпаса в заданную точку с требуемой ориентацией в районе цели и поражение цели грамотным подрывом боеприпаса. Системы самонаведения ВТО осуществляют первую процедуру с определением момента и условий подрыва, а вторая процедура, замы¬ кающаяся только на функциональные (боевые) возможности боеприпаса, выполняется специальной системой подрыва, входящей в состав ком¬ плекса ВТО - взрывателем или, ко¬ гда взрыватель есть радиоэлектрон¬ ное устройство, то радиовзрывате¬ лем. Обеспечение грамотного под¬ рыва боеприпаса сегодня включает и возможность обслуживания боевых блоков ВТО, где регулируются и ус¬ танавливаются требуемые «состыко¬ ванные» с целью боевые возможно¬ сти боеприпаса (подрыв становится функциональным, учитывающим особенности цели или ее элементов).
В последнем случае радиовзрыва¬ тель, в том числе и используя техно¬ логии радиолокации, должен выбрать режим боевого поражения (оценить некоординатные характеристики це¬ ли, включая ее наиболее уязвимые элементы, ракурс наблюдения цели в момент подрыва, ее динамику и ко¬ ординатные характеристики, окру¬ жающую обстановку, если объекты ее требуется не поражать), после че¬ го дать команду на его реализацию, предварительно выбрав и установив режим подрыва боеприпаса. Радиовзрыватель может и не вы¬ ступать в структуре комплекса ВТО как отдельная система или, тем более, отдельное конструктивно самостоя¬ тельное устройство. Его функции мо¬ гут возлагаться на другие системы комплекса ВТО, например на систему самонаведения ракеты. Двухзвенная модель ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА ВТО Задача доставки боеприпаса есть комбинация двух взаимосвязанных частных задач: нахождение закона управления ракетным средством и получение оценок для характеристик цели и ракеты (идентификация). По отношению к модели, использован¬ ной при описании объекта (в нашем случае - комплекса ВТО и цели), идентификация означает определение его как оригинала этой модели. Итак, пусть требуется получить оценки координатных и некоординат¬ ных характеристик, в совокупности образующих сформированный из них вектор характеристик цели х. Мы хо¬ тим обнаружить аксиомы модели для процедур, совершаемых при оценке характеристик цели, а потому можно отвязаться от необходимости интер¬ претации модели с помощью того или иного базового множества, учиты¬ вающего конкретику выбранных ха¬ рактеристик цели сигналов и условий наблюдения. По этой причине пока не требуется акцентировать внимание на временной динамике характеристик, образующих этот вектор, поэтому мы соответствующий нижний «времен¬ ной» индекс можем упускать. Постулируем, что в процессе из¬ мерения (оценки) характеристик цели совершаются две группы взаимосвя¬ занных процедур, соответствующих аксиомам формальной теории для из¬ мерителя таких характеристик: ■ преобразование характеристик цели в некоторые параметры (например, сигналов), которые способен зафиксировать и обра¬ батывать комплекс ВТО; ■ обработка данных, касающихся уже этих доставленных комплек¬ су ВТО параметров, для восста¬ новления по ним оцениваемых характеристик цели. Такой выбор преобразований (соответствующих аксиом теории) окажется еще более обоснованным, если принять во внимание, что ком¬
плекс ВТО должен оценивать свойст¬ ва цели только дистанционно, так что «доставка» информации о цели в комплекс ВТО и последующая работа с этой информацией имманентно при¬ сущи процедуре наблюдения цели комплексом ВТО с оценкой ее харак¬ теристик. «Доставка» характеристик цели в комплекс ВТО с трансформа¬ цией их в «доступные» параметры сигналов есть первая аксиома фор¬ мальной теории, описывающей изме¬ ритель характеристик цели. Этой процедуре сопоставим сигнатуру {оператор преобразования}, которая может быть также зафиксирована «операторным» знаком {Г(-)}. Ука¬ занной операторной сигнатуре соот¬ ветствует модель преобразования, как только будет указано базовое множе¬ ство для характеристик цели. Как уже отмечалось, эти характеристики за¬ даются в общем виде как некий век¬ тор х, которому может быть сопостав¬ лена его сигнатура {х}, образованная из наименований координатных и не¬ координатных характеристик цели с указанием их местности в соответст¬ вии с логикой формальной модели (1.1)-(1.3). Сигнатура характеристик цели позволяет уточнить сигнатуру оператора преобразования, сформи¬ ровав из них суперпозицию сигнатур { Щх}) } или, коротко, { Т(х) }. Сигнатура {Т(х)} обозначает преобразование, когда вектор харак¬ теристик цели трансформируется в другой вектор, образованный регист¬ рируемыми комплексом ВТО пара¬ метрами соответствующих сигналов - х, сигнатура которого соответствен¬ но {х}. Эта сигнатура содержит на¬ именования фиксируемых параметров сигнала и их местности. Когда эта сигнатура соотносится с наблюдени¬ ем цели, то мы уже отмечали, что ей соответствует изоморфная сигнатура {сигнальный портрет цели}, которая может быть заменена на сигнатуру {информативный портрет цели. Будем считать сигнатуру {х} короткой за¬ писью сигнатуры {информативный портрет цели}. В векторе х должна быть «за¬ шифрована» информация о нужном для выработки закона управления ра¬ кетой векторе характеристик цели х. Это сводится, прежде всего, к «гра¬ мотному» выбору сигналов измерите¬ ля заданных (требуемых) характери¬ стик цели, т.е. в информативном портрете должны присутствовать признаки цели. Таким образом, сигнатура для трансформации характеристик цели в параметры информативного портрета запишется следующим образом: {х} = {Г(х)}, что соответствует первой аксиоме формальной теории, описы¬ вающей процесс измерения характери¬ стик цели: Фх = {х}} или Фх = {Г(х)}. Совокупность векторов х и х об¬ разует базовое множество для аксио¬ мы формальной теории Фх, которое преобразует сигнатуру этой аксиомы в соответствующее теоретико¬ множественное отношение гх (х, х), определяемое как подмножество де¬ картовою произведения X х X, где записью хеХ и хеХ вводятся в 45
рассмотрение множества всевозмож¬ ных значений характеристик дели за¬ данной сигнатуры и информативных портретов. Это отношение можно трансформировать (просто, иначе за¬ писать) в такой математический объ¬ ект, как оператор Г( ), описывающий трансформацию фоноцелевой обста¬ новки в информативный портрет, раз¬ вернутая запись которой имеет сле¬ дующий вид: х = Т(х). Вторая аксиома формальной тео¬ рии, описывающей процесс оценки характеристик цели, потребует введе¬ ния в рассмотрение вектора оценки Л характеристик цели х. Сигнатура оцениваемых характеристик совпада¬ ет с сигнатурой самих характеристик: Л {х} = {х} Базовые множества для со¬ ответствующих моделей также совпа¬ дают. Если такое равенство соблюда¬ лось и для моделей этих характери¬ стик (точнее, после интерпретации моделей), то можно было заявлять об организации безошибочных измере¬ ний координатных и/или некоорди¬ натных характеристик цели. Несовпа¬ дение после интерпретации сигнатур Л {х} и {х} на одном и том же базовом множестве соответствующих моде¬ лей говорит о возникновении по¬ грешности измерений. Выпишем со¬ отношения для второй аксиомы фор¬ мальной теории Ф2, соответствую¬ щей описанию процедуры оценки характеристик цели по зафиксиро¬ ванному комплексом ВТО информа¬ тивному портрету. Сигнатуру этой аксиомы обозначим «операторным» знаком: {-FQ} или {f({x})}, или или {ад}» или, нако¬ нец, Ф2 = {х}} или Ф2 = {f(x)} . Теоретико-множественное отно¬ шение г2(х,х) определяется как под¬ множество декартового произведения ХхХ, хеХ и хеХ (запись явно указывает, что не требуется вводить специальное базовое множество для сигнатуры {оценка характеристики цели}). Это отношение также можно превратить в оператор F(-), описы¬ вающий трансформацию информа¬ тивного портрета в оценки характери¬ стик цели, развернутая запись имеет вид х = F(x). Для представления всего процес¬ са измерений нужно ввести еще одну аксиому Ф3, соответствующую по¬ следовательному выполнению (спра¬ ва - налево) обозначенных сигнату¬ рами и записанных последовательно процедур: Ф3=[Ф2,Ф{]. Итак, только что записанное соотношение может быть представлено с помощью явной записи сигнатур: {измерение} = = [{оператор реализации}, {оператор преобразования}]. (1.5) Эта сигнатура превращается в модель, когда она интерпретируется на базовом множестве характеристик фоноцелевой обстановки. Мы на про¬ тяжении этой книги убедимся, что (1.5) выступает моделью для всех процедур, совершаемых при избира¬
тельном поражении целей. Другими словами, введение операторного представления соответствует перехо¬ ду от формальной теории к ее интер¬ претации в виде модели, где теорети¬ ко-множественно отношение транс¬ формируется в такой математический объект, как оператор. В соответствии с (1.1) эта сентенция допускает сле¬ дующую запись: F(•) = а({оператор обработки}). По этой причине, равенство сиг¬ натур никак не позволяет вынести суждения о равенстве соответствую¬ щих операторов, а значит, и моделей. В процессе оценки характери¬ стик цели оператор реализации F( ) полностью известен, поскольку ему соответствует жесткое правило вос¬ становления наблюдаемой картины фоноцелевой обстановки по инфор¬ мативному портрету. Чаще всего, процедура обработки при получении оценки некоординатных характери¬ стик сводится к первоначальному разбиению информативного портрета фоноцелевой обстановки на ячейки с последующим соотнесением ячейки измеряемой некоординатной характе¬ ристике. Оценки координатных ха¬ рактеристик, как правило, связаны функциональной зависимостью с эле¬ ментами информативного портрета. Интерпретация оператора преоб¬ разования Г(-) соответствует перене¬ сению информации о неизвестной фоноцелевой обстановке в ее фикси¬ руемый процедурой измерения ин¬ формативный (сигнальный) портрет. Очевидно, что здесь уже нельзя пред¬ полагать, что такая интерпретация будет единственной, как в случае оператора реализации. Повторение измерений одних и тех же характери¬ стик цели всегда приведут к различи¬ ям в ее соответствующих информа¬ тивных (сигнальных) портретах. Ап¬ риорная неизвестность характеристик цели заставляет считать любую вы¬ бранную интерпретацию сигнатуры для оператора преобразования одной из возможных. Чтобы переход от сигнатуры оператора преобразования к его модели был все-таки возможен, нужно считать, что кроме изме¬ ряемых характеристик цели на процесс по¬ лучения ее информативного портрета влия¬ ет еще ряд факторов, которые нельзя непо¬ средственно учесть и оценить в процессе оценки характеристик. К числу таких фак¬ торов следует отнести неоцениваемые ха¬ рактеристики цели, влияющие на измеряе¬ мые характеристики, неконтролируемое состояние комплекса ВТО, условий изме¬ рений, других объектов фоноцелевой об¬ становки и пр. - все, что считается причи¬ ной возникновения погрешности (ошибок) измерения. Таким образом, неопределен¬ ность, присущая процедуре оценки, заключена в операторе преобразова¬ ния Т('). Полагаем, что неопределен¬ ность оператора Г(-), сконцентриро¬ вана в некотором множестве неиз¬ вестных факторов (условия измерения характеристик) Z: х = Т(х, Z), (1.6) где Z, следовательно, функционально определяет множество операторов между характеристиками цели и ее
портретом (но это множество выбра¬ но таким образом, что при каждом zeZ оператор T(x,z) получается единственным и к нему применимы все правила интерпретации модели для оператора преобразования), в ре¬ зультате чего на множестве операто¬ ров преобразования могут формиро¬ ваться приоритеты в соответствии с наблюдаемыми реалиями в процедуре измерения характеристик цели. Итак, согласно (1.6), базовым множеством для сигнатуры {оператор преобразования} выступает множество XxZ, однако в обход процедур оценки характеристик цели выступает только множество характеристик цели X. Таким образом, характеристики Л цели х и их оценки х связаны через произведение операторов Г( ) и F( ). Очевидно, что процедура оцен¬ ки - безошибочна, если произведение операторов FT равно единичному оператору, т.е. операторы Т и F вза¬ имно обратны. Безусловно, усилия комплекса ВТО, осуществляющего измерения характеристик цели, должны быть в двух направлениях: ■ как можно точнее оценить ос¬ новные характеристики операто¬ ра Г, потому что они определяют структуру оператора F, который должен стремиться удовлетво¬ рить условию F = Т~1 или, точ- --1 нее, F = Т ? т.е. оператор реали¬ зации формируется на основе оценки совершаемых процедур получения портрета фоноцелевой обстановки; ■ как можно точнее получить оценку текущего значения эле¬ ментов множества неопределен¬ ности Z, т.е. фиксировать (гра¬ дуировать) наиболее вероятные в данный момент условия наблю¬ дения Z, где Z с Z . Между портретом цели х и век- д тором оценки х существует, следова¬ тельно, только один оператор x = F{x,z). (1.7) Таким образом, структура преоб¬ разований, совершаемых в комплексе ВТО, задается следующей последова¬ тельностью операторов: го характеристики цели => Т(-) F(-) => сигналы => (1-8) F(-) => оценки характеристик цели. Уравнения (1.6) и (1.7) могут быть дополнены «производным» опе¬ ратором (которому соответствует оп¬ ределенное правило вывода из уста¬ новленных аксиом теории измерителя характеристик цели) - оператором погрешностей, начало которого есть измеряемая величина, а конец - по¬ грешности А, обусловленные несоот¬ ветствием операторов F и Т друг дру¬ гу (в смысле соблюдения равенства F = T~l) и неполной репрезентатив¬ ностью множеством Z множества Z: А = F(T(x,Z),Z) - х = х- х . (1.9) Это и есть ошибка (погрешность), приведенная к входу того устройства комплекса ВТО, которое осуществляет
оценку измеряемой величины. Она полностью описывает функции ком¬ плекса ВТО, как измерителя характе¬ ристик цели, поскольку характеризует результат действия соответствующих процедур. Как видно из (1.9), для оценки этой погрешности в этом слу¬ чае организуется наблюдение цели с полностью известными координатны¬ ми и некоординатными характеристи¬ ками. Погрешность, приведенная к входу, характеризует ошибки в оценке указанных характеристик. Неопреде¬ ленность соответствует неопределен¬ ности соответствующего множества Z. Другим способом оценки несо¬ ответствия операторов Т и F друг другу является оценка разности A = T(x,Z)-F~\x,Z). (1.10) Величина А может быть названа погреш¬ ностью, приведенной к выходу измери¬ тельного средства комплекса ВТО, по¬ скольку определяет разность портретов це¬ ли - реального и «градуировочного» при наблюдении одной и той же цели. Это правило оценивает качество выбранного метода измерений (про¬ цедуры обработки). Из сравнения (1.9) и (1.10) можно убедиться, что А = F(A,Z). (1.11) Это еще одно правило вывода для сигнатур {погрешность, приве¬ денная к выходу} и {погрешность, приведенная к выходу}. Очевидно, что обе эти погрешности вместе до¬ полняют описание процесса измере¬ ний, поскольку вполне можно пред¬ ставить измеритель, который по вхо¬ ду не имеет погрешности (например, при оценке такой некоординатной ха¬ рактеристики, сигнатура которой {цель такая-то}), но погрешность, приведенная к выходу, оценит каче¬ ство такой измерительной процедуры в сигнальном портрете. Согласно (1.9), вектор погрешно¬ стей зависит как от самой измеряемой величины (вектора характеристик це¬ ли), так и от элементов множества Z (условий измерения) A (i,Z). Тем самым вводится еще одна структура, которая также может опи¬ сываться в соответствии с (1.1), (1.2) моделью А = (х,а({погрешностъ})). Отстройка погрешности от оцен¬ ки условий измерений Z происходит по хорошо отработанной в науке и технике технологии учета неопреде¬ ленности. В этом случае предполага¬ ют, что при варьировании условиями наблюдения Z элементы множества A(jc,Z) достаточно компактно груп¬ пируются (кластеризуются) «вокруг» измеряемого вектора характеристик цели х, и эта группировка элементов может быть оценена соответствующим набором характеристик интегрально, например максимальным разбросом своих значений. Другими словами, сигнатура процесса измерений вкупе с сигнатурой погрешности всегда до¬ пускает реализацию соответствующей модели в виде последовательно со¬ вершаемых операторов. В зависимости от природы оце¬ ниваемого вектора характеристик или
его компонент на множестве погреш¬ ностей может быть задана та или иная структура предпочтений, приоритетов и расстояний, позволяющих описать еще и структуру этого множества с детализацией природы неопределен¬ ности, сопутствующей измерениям характеристик цели. Итак, обоснована схема оценки характеристик цели, которая зафик¬ сирована моделью (1.8). В качестве промежуточного звена в этой схеме взяты характеристики сигнала на вхо¬ де комплекса ВТО. Но с таким же ус¬ пехом в соответствии с логикой фор¬ мирования сигнального портрета (точнее, возможности его трансфор¬ мирования) могут быть взяты в каче¬ стве портрета и характеристики, вы¬ являемые из сигнала при последую¬ щей его обработке. А эти характери¬ стики, в свою очередь, могут выби¬ раться, исходя из тех или иных представлений о цели в рамках соот¬ ветствующей формальной теории (1.3). Например, цель может пред¬ ставляться совокупностью точечных рассеивателей или в ней фиксируется распределение по ее объему допле- ровских сдвигов или поляризацион¬ ных характеристик и т.д. В этом слу¬ чае вводят соответствующие понятия, уточняющие характер и структуру используемого информативного порт¬ рета фоноцелевой обстановки, типа скоростной (доплеровский) [537], дальностно-доплеровский [495], по¬ ляризационный (их может быть пред¬ ложено и использовано много - в за¬ висимости от номенклатуры оцени¬ ваемых поляризационных характери¬ стик объектов наблюдения [484]), фазовый [489] и т.п. портреты. По этой причине, можно в обсуждаемой сейчас модели измерения характери¬ стик цели заменить промежуточное звено в (1.8) на более общий случай: Цель => разновидность информативного портрета => => оценки характеристик цели, с соответствующим уточнением операторов Г() и F(-\ поскольку они теперь должны доста¬ вать до описания процедуры измере¬ ния характеристик цели на языке тех параметров, что используются в ее выбранном информативном портрете. Введение неопределенности в ис¬ пользуемую математическую струк¬ туру позволяет преодолевать при ис¬ следовании отсутствие полных сведе¬ ний об исходном объекте-прототипе и состояниях, протекающих в нем процессах. Введение погрешности с оценкой неопределенности есть реа¬ лизация метода сжатия данных для характеристики ошибок измерения. Важнейшим для систем самонаведе¬ ния способом описания неопределен¬ ностей выступает стохастический (ве¬ роятностный). Самая большая труд¬ ность в ведении такой стохастической структуры для описания неопреде¬ ленности при измерении характери¬ стик цели состоит в нахождении со¬ путствующей функции вероятности. Моделям и структуре цели, а значит, и соответствующим информа¬ тивным портретам, достаточно быть «точечными», т.е. представляемыми набором точечных объектов (блестя¬ щих точек) [783]. Это связано с тем, что радиолокационные и оптикоэлект¬
ронные сенсоры особенно функцио¬ нирующие на борту ракеты, работают в высокочастотном диапазоне элек¬ тромагнитных волн, где механизм рассеяния зондирующего цель сигна¬ ла сводится к совокупности рассеяний на локальных центрах. Элементарная цель также считается по своей струк¬ туре точечной, а потому все ее точеч¬ ные рассеиватели, структурно вос¬ производящие наблюдаемую цель, предполагаются сосредоточенными в достаточно малом объеме простран¬ ства (образуют кластер центров рас¬ сеяния). Точечные рассеиватели, из которых состо¬ ит элементарная цель, если они не разре¬ шаются радиолокационными сенсорами, то выступают из-за взаимной интерференции сигналов от парциальных точечных рассеи¬ вателей как механизм флуктуации наблю¬ даемых характеристик сигнала (вплоть до его пропадания [853]), которые должны учитываться соответствующей моделью цели. Это именно флуктуации сигнала, поскольку из-за того, что их механизм не идентифицируется при оценке ха¬ рактеристик цели, они препятствуют совершению результативных инфор¬ мационных преобразований. Флук¬ туации сигнала по цепочке преобра¬ зований (1.8) могут быть перенесены на цель, а потому цель при наблюде¬ нии указанных флуктуаций сигнала обогащает свою сигнатуру именем флуктуирующая цель. Сам факт флуктуации характери¬ стик цели может выступать в качестве очень важной некоординатной харак¬ теристики, уточняемой параметрами, описывающими неопределенность та¬ ких флуктуаций. Здесь полагается, что функции флуктуаций такой цели и ее портрета связаны друг с другом. Это означает определенный качест¬ венный скачок в описании поведения цели и используемых сигнатурах (от отдельной реализации портрета к свойствам множества), который состо¬ ит в том, что избирательно поражать флуктуирующую цель намного слож¬ нее, чем стабильную. Таким образом, у флуктуирующей цели ее флуктуаци- онные характеристики могут быть оценены по неопределенности харак¬ теристик ее сигнального или информа¬ тивного портрета. Эти характеристики добавляют в сигнатуру цели дополни¬ тельные имена, типа {сильно флук¬ туирующая цель}, {нестационарная цель}, {стационарная цель с такой-то дисперсией флуктуаций и нулевым средним} и т.д., т.е. в том числе и на¬ именованием процедур, с помощью которых оцениваются неопределенно¬ сти флуктуаций цели. Возникающая при описании флуктуаций цели неопределенность (а сигнатура цели при этом во времени фиксирована - наблюдаемая флук¬ туирующая цель, как объект пораже¬ ния, неизменна!) с помощью класси¬ ческих вероятностных методов иссле¬ дуется в предположении, что пара¬ метры, описывающие флуктуации, являются случайными функциями времени и пространства. Соотнося эту неопределенность в оценках коорди¬ натных характеристик с протяженно¬ стью цели в рамках «точечной» моде¬ ли (набора элементарных рассеяний),
приходят к фиксации комплексом ВТО парадоксальных ошибок, харак¬ теризуемых сигнатурным именем {шум цели}, которые могут прояв¬ ляться как по дальности и скорости, так и по угловым координатам, а так¬ же по поляризационным характери¬ стикам. С этими шумами комплексы ВТО постоянно борются, прежде все¬ го, расширением базового множества (множества портретов) для модели цели и выбором нивелирующих такие шумы процедур [395, 268]. При анализе структуры флуктуи¬ рующей цели сегодня применяются только стохастические (вероятност¬ ные) методы описания. Вместе с тем, в современной радиоэлектронике при описании неопределенности стали ак¬ тивно использоваться и другие мате¬ матические структуры, не обязатель¬ но стохастические (рис. 1.1), что не¬ посредственно сказывается на форми¬ руемом информативном портрете и модели цели (применяемых характе¬ ристиках). Чаще всего применяются четкие структуры (позиции 101 и 001), однако это правомочно только в Рисунок 1.1 Структура неопределенности при функционировании комплекса ВТО
случае статистической устойчивости ансамбля исследуемых объектов, ко¬ гда вероятности соответствующих элементарных событий неизменны и независимы. При невыполнении по¬ следнего условия, например, когда цель - актор, т.е. ее поведение нельзя считать неизменным и независимым от ситуации, приходится аппрокси¬ мировать неопределенность некото¬ рой комбинацией детерминированных (позиция 11) и стохастических четких (позиции, порождаемые стрелкой 01) структур или прибегать к услугам не¬ четких (размытых) структур (пози¬ ции, порождаемые стрелкой 0), кото¬ рые могут быть и стохастическими (позиции 100 и ООО) [207, 535, 406]. Обычно декларируемое заявле¬ ние о единственности способа опи¬ сания флуктуаций цели только чет¬ кими стохастическими структурами является по сути ошибочным, хотя успехи радиоэлектроники, прежде всего статистической радиотехники и радиофизики, создают иллюзию все¬ общности и универсальности подоб¬ ных стохастических структур для ра¬ диоэлектронных приложений. При¬ менение нечетких структур базиру¬ ется на трех процедурах: фаззифика- ция (переход от точных исходных данных к нечетким на основе вход¬ ных функций принадлежности), ре¬ шение задач с использованием не¬ четких рассуждений (нечеткой логи¬ ки), дефаззификация (переход от не¬ четких инструкций к четким на основе выходных функций принадлежности) [381, 250]. Комплексы ВТО проводят сегодня фаззификацию и дефаззифи- кацию, базирующиеся на оценке только координатных характеристик цели. Применение стохастических методов к описанию неопределенности для ценност¬ ных показателей работы комплекса ВТО навряд ли уместно, так как здесь, как пра¬ вило, наблюдается дуэльная ситуация, где говорить о какой-либо независимости лю¬ бых элементарных событий, на множестве которых формируется вероятностная мера, нельзя. Отметим также и определенный мировоззренческий аспект этой про¬ блемы анализа неопределенности. Совсем недавно указанную непред¬ сказуемость связывали только с флуктуациями - случайными откло¬ нениями наблюдаемых величин и ха¬ рактеристик механизмов генерации сигналов от неких средних, равновес¬ ных состояний из-за наличия в струк¬ туре исследуемых процессов большо¬ го числа степеней свободы. Сейчас для непредсказуемости установлен еще один механизм - хаос, являю¬ щийся внутренним свойством любой достаточно сложной нелинейной сис¬ темы (а современные цели, особенно акторы, могут попадать под подобный статус), и не связан с действием ка¬ ких-либо случайных сил [698, 699, 561, 616, 619, 581]. Случайный и хао¬ тичный механизмы проявления неоп¬ ределенности (непредсказуемости) наблюдаемой цели могут связываться также и с несингулярностью (т.е. на основе имеющихся ресурсов - про¬ стой невычислимостью) характери¬ стик исследуемой цели. 53 |
Такая неопределенность преодо¬ левается обычно методами теории игр, теории рисков и шансов [499, 825, 857], субъективной теории веро¬ ятностей, теории полезности, введе¬ нием и учетом интервальных нера¬ венств [635]. Подобная классифика¬ ция неопределенности близка к под¬ ходам, проистекающим с известных работ академика АН СССР А.Н. Кол¬ могорова, где неопределенность свя¬ зывается с неалгоритмизируемостью и с невозможностью смоделировать данный процесс или явление на ЭВМ. Неопределенность в характери¬ стике флуктуаций цели может проис¬ текать и от возрастания числа парци¬ альных портретов, получаемых раз¬ ными первичными информационными датчиками комплекса ВТО. Мест¬ ность сигнатур портретов и характе¬ ристик цели от такого их объединения возрастает. При этом могут выявлять¬ ся новые свойства у флуктуирующей цели, которые могут происходить от того, что каждый парциальный порт¬ рет доставляет свою, новую инфор¬ мацию о цели. Если указанной «не¬ ожиданности» парциальных портре¬ тов не наблюдается (например, они находятся друг с другом в отношении изморфизма), то формируемое мно¬ жество портретов избыточно по своей структуре, и возникшая избыточность может быть использована для полу¬ чения более надежных оценок харак¬ теристик цели. И в том и в другом случаях («неожиданности» и «избы¬ точности» парциальных портретов) формируемая модель цели получает новые свойства, обеспечивающие комплексам ВТО преодоление неоп¬ ределенности в оценках характери¬ стик цели. Современная практика организации само¬ наведения ставит задачу оценивания имен¬ но некоординатных характеристик цели, задающих ее сигнатуру, и здесь уже модель цели требует применения более изощрен¬ ных аксиом и правил вывода, особенно ко¬ гда нужно оценить намерения цели и осу¬ ществить ее классификацию. Выбор таких аксиом и правил вы¬ вода в соответствующей модели цели обосновывают бурно развивающиеся сегодня теории распознавания и ана¬ лиза сцен [495]. В отличие от традици¬ онных технологий, нацеленных на оценку координатных характеристик, пока нет универсальных правил выво¬ да для отыскания некоординатных ха¬ рактеристик. Эти правила непосредст¬ венно зависят как от структуры на¬ блюдаемой цели, так и от ее форми¬ руемого информативного портрета, размерность, т.е. мерность соответст¬ вующих сигнатур, которого постоянно с развитием информационных средств ВТО наращивается. Примерами сигнатур целей (точ¬ нее, определений стоящих за этими сигнатурами понятий), используемых при осуществлении наведения на них боевых средств ВТО, могут выступать элементарная, стационарная, под¬ вижная, типовая цели. Типовая цель применяется для расчета полигонного наряда, необхо¬ димого для нанесения заданного ущерба. Стремление превращать цели в типовые есть проявление такой тен¬ денции в функционировании сложных
систем, как комплаенс - соответствие деятельности системы установленным требованиям и нормам. Формирова¬ ние множества расчетных типовых целей есть неразрывная составляю¬ щая обеспечения осведомленности, которое, в свою очередь, зиждется на классификации объектов поражения (целей). Большинство понятий в явном виде указы¬ вает на цели как на объект поражения, а также на то, что их избирательное пораже¬ ние должно сопровождаться установлением их опасности и приоритетности. Это словесное (а потому сигна¬ турное) описание наблюдаемых целей соответствует непосредственной про¬ цедуре задания некоординатных ха¬ рактеристик объектов фоноцелевой обстановки, которые затем использу¬ ются при синтезе функции избира¬ тельного поражения. Некоординатные характеристики цели могут быть заданы и описаны с помощью сигнатуры (1.2) и модели (1.3). Эти представления разнятся тем, что (1.2) отталкивается от зафик¬ сированных комплексом ВТО коор¬ динатных характеристик (сигнального портрета), на которых устанавливает¬ ся, а затем проверяется действие опе¬ ратора а (•) (1.1), задающего оцени¬ ваемую некоординатную характери¬ стику цели, или непосредственно об¬ наруживается проявление аксиом и правил вывода некой формальной теории (1.3), оперирующей с соответ¬ ствующими сигнатурами некоорди¬ натных характеристик. Рассмотрим первый способ задания некоординат¬ ных характеристик, когда координат¬ ные характеристики, точнее, зафикси¬ рованный комплексом ВТО информа¬ тивный или сигнальный портрет цели, выступают базовым множеством для соответствующей модели. С точки зрения теории измере¬ ний можно говорить, что оценки не¬ координатных характеристик цели являют пример проведения косвен¬ ных измерений. При косвенных изме¬ рениях измеряемая величина форми¬ руется из результатов парциальных прямых измерений других (в данном случае, координатных характеристик) характеристик, достаточных для фор¬ мирования исходной измеряемой ве¬ личины. В данном случае задачей орга¬ низации и проведения косвенных измерений выступает получение оценок заданной некоординатной характеристики цели. Здесь требует¬ ся организовать прямые измерения координатных характеристик, по со¬ вокупности которых оценивается сигнатура некоординатной характе¬ ристики. М 55
Стратифицированное (многоуровневое) ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОВ В КОМПЛЕКСЕ ВТО Будем использовать двухзвен¬ ную (двухшаговую) структуру изме¬ рительного процесса с сигнатурой (1.5). Вообще говоря, получение ха¬ рактеристик для неопределенностей есть также пример косвенных изме¬ рений - сначала оцениваются элемен¬ ты соответствующей этой неопреде¬ ленности совокупности (множества), чтобы потом эту совокупность свер¬ нуть необратимым сжатием данных до конечного набора характеристик для рассматриваемой неопределен¬ ности. В соответствии с этой логикой наделения измерительного процесса двухзвенной структурой исходную измеряемую величину (в нашем слу¬ чае - некоторую некоординатную ха¬ рактеристику цели) обозначим х^, наблюдаемые (фиксируемые в про¬ цессе измерений) элементы базового для данной сигнатуры множества - -(0) х , а оценку измеряемой некоорди- -(0) натной характеристики - х . Итак, объект х^ есть оцениваемая некоор- -(0) динатная характеристика цели, а х - оценка этой характеристики, кото¬ рая из-за сопутствующих процессу измерения погрешностей может стать правильной или ошибочной. Процесс измерения некоординатной характе¬ ристики сначала с помощью операто¬ ра Т7^-) сводится к измерению эле¬ ментов базового множества М в (1.2) ( (0)1 -(°) для сигнатуры <лг х , что, как уже отмечалось, требует организации измерений соответствующих «базо¬ вых» координатных характеристик цели (по которым, как в этом приме¬ ре, считается, оценивается некоорди¬ натная характеристика х^). Следовательно, получение х(0) (напомним, что этот объект определя¬ ется моделью с исходной «некоорди¬ натной» сигнатурой, но его базовое множество образовано измеряемыми координатными характеристиками) может потребовать серии измерений совокупности уже координатных ха¬ рактеристик цели, определяемых век¬ тором характеристик х^ . Теперь для х^ в соответствии с основной про¬ цедурой (1.6) нужно начинать свой процесс измерений: x(l) =T(l)(x(l),Z(l)), (1.12) где вводится множество соответст- -(1) вующих выходных сигналов х - информативный портрет для х^ со своим множеством неопределенности ZW. Обращаем внимание, что это ав¬ тономный измерительный процесс, где только номенклатура измеряемых величин определяется необходимо¬ стью получить представительный
(достаточный) материал (информа¬ цию) для оценки некоординатных ха¬ рактеристик. По информативному портрету х теперь должны быть получены требуемые оценки элемен¬ тов базового множества М для сигна¬ туры благодаря действию опе¬ ратора реализации : i(1)=F(1)(jc(1),Z<1)), (1.13) Из этих рассуждений следует, что {х^ } (напомним, что ра¬ венство сигнатур не требует совпаде¬ ния имен, должно быть совпадение соответствующих моделей, а здесь еще и на общем базовом множестве). Если далее потребуется детализиро¬ вать процедуру измерения уже векто¬ ра х^ (т.е. отдельные его компонен¬ ты вновь оцениваются в результате косвенных измерений, например фа¬ за - по квадратурам, а вектор - по ко¬ ординатным компонентам), то этот процесс с формированием новых объ¬ ектов для двухзвенного представле¬ ния процесса измерения может быть продолжен. Например, для сегодняшнего со¬ стояния систем самонаведения ти¬ пичной выступает процедура по оценке некоординатных характери¬ стик цели (т.е. ее распознавание) по конфигурации и яркости локальных центров рассеяния цели (блестящих или ярких точек). Однако такие цен¬ тры рассеяния, как правило, непо¬ средственно из сигнала системами самонаведения не фиксируют. Нужно после регистрации сигналов осущест¬ вить ту или иную процедуру, обеспе¬ чивающую повышение разрешающей способности (например, осуществить синтезирование антенного раскрыва), а затем, если нужно, еще одну улуч¬ шающую разрешение процедуру и т.д. Значит требуется осуществить комплекс преобразований «исходно¬ го» сигнала вплоть до возможности получения надежных и оценок тех координатных характеристик цели, по которым и осуществляется распо¬ знавание цели (что равносильно оп¬ ределению ее некоординатных ха¬ рактеристик). Каждое такое учиты¬ ваемое преобразование повлечет за собой формирование новых частных объектов (агентов) - множеств и опе¬ раторов. Предположим, что сигналы формируют все требуемое «сигнатур¬ ное» базовое множество М и далее уже не нужно детализировать изме¬ ряемую величину и достаточно полу¬ чить только из этих сигналов (на ос¬ новании этих сигналов) оценку х^ * с помощью процедур (1.12), (1.13), т.е. обеспечивается полная автономность проводимых для величины изме¬ рений (все требуемые измерения этих координатных характеристик - пря¬ мые). На основании уже оценок х^ * определяется оценка измеряемой не¬ координатной характеристики цели -(0) х , т.е. восстанавливается недос¬ тающий оператор реализации для ис¬ ходной некоординатной характери¬ стики: х(0) = F(0) (х<1}, Z (1), Z(0)),
Z(1)=G(1)Ot(0),Z(0)), (1.14) где добавлен еще один оператор - оператор настройки G(1)Q, обеспечи¬ вающий формирование «градуиро¬ вочных» для измерений координат¬ ных характеристик х(1) условий Z(1), исходя из навязываемой верхним уровнем номенклатуры элементов ба- -(0) „ ^(0) зового множества х и условии Z (в данном случае, эта настройка верх¬ него уровня определяет «договорен¬ ность» отнесения некоторой совокуп¬ ности координатных характеристик к тому или иному классу целей), кото¬ рые должны быть непосредственно учтены при проведении оценки. Следовательно, верхний уровень (нулевой) воздействует на нижний (первый) уточнением множества Z(1) (т.е. выделение из него градуировоч- ~(1). ного множества Z ), а нижнии на верхний - результатами выполненных на этом уровне измерений координат- -(1) ных характеристик X , меняющих настройку верхнего уровня. Другими словами, ошибки в оценке некоорди¬ натных характеристик (измеряемых величин верхнего или нулевого уров¬ ня) проистекают от того, что «выско¬ чила» такая совокупность координат¬ ных характеристик, которая установ¬ ленным правилом (условиями Z(0)) заносится не в тот класс (соотносится не той некоординатной характеристи¬ ке). И это правило, согласно второму уравнению (1.14), может быть уточ¬ нено уже на множестве координатных характеристик. Обращаем внимание, что указан¬ ное представление структуры измере¬ ний некоординатных характеристик цели полностью укладывается в мо¬ дельное представление (1.1), (1.2). Верхний уровень состоит из сигнатур, соответствующие возможным неко¬ ординатным характеристикам цели, а нижний уровень - из элементов базо¬ вого множества, в данном случае, ко¬ ординатных характеристик. Посколь¬ ку некоординатная характеристика в модельном представлении есть соот¬ несенные с сигнатурой координатные характеристики, то такое соотнесение воплощается в две функции, одна из которых «доносит» до базового мно¬ жества сигнатуры, а вторая - предъ¬ являет для сигнатурной идентифика¬ ции отобранные процедурой измере¬ ния элементы базового множества. В целом такая процедура измерения не¬ координатной характеристики цели¬ ком и полностью подходит под пере¬ ход от модели к ее конкретной реали¬ зации - оригиналу. Этот процесс «расщепления» функций, реализуемых в процессе из¬ мерения характеристик цели, может быть продолжен дальше. Это проис¬ ходит тогда, когда на том или ином уровне есть только сигнатура без ба¬ зового множества. Уже приводились примеры - фаза, если она оценивается по квадратурам, вектор, оценивае¬ мый своими координатными компо¬ нентами, а также скорость и ускоре¬ ние, исходя из измерения прираще¬ ний пути или, напротив, - путь на основе интегрирования скорости и ускорения и т.д. Число уровней в этом случае будет на единицу больше
числа сигнатурных уровней. Получа¬ ется, как говорят в теории систем, стратифицированная структура для процесса измерения некоординатных характеристик цели [612, 114]. Стра¬ тифицированная структура модели возникает в том случае, когда управ¬ ление организуется по иерархическо¬ му принципу - верхний уровень (страта) регламентирует полномочия соседней нижней страты, предостав¬ ляя ей определенную самостоятель¬ ность в плане отпущенной ему компе¬ тенции, но постоянно осуществляет контроль за деятельность нижней страты. А эта управляемая страта та¬ ким же образом руководит следую¬ щей по иерархии более нижней стра¬ той и т.д. Связи сверху вниз между стратами называются распредели¬ тельными функциями (в рассмотрен¬ ном примере оценки некоординатных характеристик обосновано для них обозначение Z, где i - номер теку¬ щей страты), а характеризующие об¬ ратные воздействия - информацион¬ ными (соответственно для них обос¬ новано обозначение х(г))(рис. 1.2). Примером указанного страти¬ фицированного представления может также служить процедура поиска или обнаружения целей. На самой верх¬ ней страте в качестве оценки погреш¬ ностей появляются характеристики типа вероятность необнаружения, ве¬ роятность перепутывания и т.п. На следующей страте множеству Z(1) непосредственно сопоставляется на¬ бор классов, соответствующих объ¬ ектам наблюдения (характеристика¬ ми классов являются некоординат¬ ные характеристики объектов изме¬ рения). При таком выборе стано¬ вятся признаками, на основе измере¬ ния которых проводится классифика¬ ция, Z(1) - ситуациями, предъявляе¬ мо) мыми для обучения, х - соответст¬ вию признаков наблюдаемой ситуа¬ ции и т.д. Рисунок 1.2 Стратифицированное представление информационного процесса Двухуровневая схема (1.14) справедлива и для статистических из¬ мерений, когда на нижней страте фиксируются характеристики отдель¬ ных реализаций, а на верхней - ан¬ самбля, причем здесь проводятся именно статистические процедуры с оценкой их достоверности, состоя¬ тельности, смещенности и эффектив¬ ности. Операторы реализации отдель¬ ных страт могут включать также и процедуры моделирования, когда верхние страты задают меру неопре¬ деленности, в границах которой надо осуществлять генерацию реализаций
на нижних стратах, а реализации формируют имитационные процеду¬ ры по оценке характеристик более высоких страт. Тот факт, что на каждой страте сохраняется сигнатура самой проце¬ дуры измерения (1.5) свидетельствует о том, что вся модель в соответствии с (1.14) дополняется распределитель¬ ными и информационными функция¬ ми, которые выступают в качестве правил вывода для теории (1.13) при¬ менительно к процедуре измерения. Для того чтобы такое дополнение вошло в структуру модели измерения, распредели¬ тельная и информационная функции долж¬ ны быть заданы на языке сигнатур, охва¬ ченных логическими процедурами, что до¬ вольно просто реализуемо. Понятно, что комплекс ВТО мо¬ жет порождать гораздо более слож¬ ные модели для процесса оценки ха¬ рактеристик цели, чем показаны на рис. 1.2 - могут происходить ветвле¬ ния процедур, параллельные измере¬ ния, слияние и т.п. Это характерно для процедур некоординатных харак¬ теристик (точнее семантики и прагма¬ тики) цели, поскольку эти характери¬ стики, как правило, являются инвари¬ антами для широкого класса преобра¬ зования сигналов. Например, распо¬ знавание цели может базироваться на оценке скорость + + архитектура блестящих точек + + совершение маневра + + наличие радиоэлектронных средств в составе цели + + размер и т.п. Каждый из таких выявляемых признаков цели порождает свою сиг¬ натуру, фиксируемую в стратифици¬ рованном представлении ответвле¬ ниями от нулевой (распознаватель¬ ной) страты. Это требует соответст¬ вующего расширения аксиом и пра¬ вил вывода в (1.8) опять же с помощью логических средств, опери¬ рующих с сигнатурами. С позиций стратифицированного представления процесса получения комплексом ВТО информации о це¬ лях рассмотрим отличия целей- артефактов и акторов от «обычных» целей. Объект фоноцелевой обстановки, назначенный быть целью, будем обо¬ значать сигнатурой {цель}. Эта сиг¬ натура определяет соответствующую некоординатную характеристику це¬ ли, сопровождающуюся множеством координатных характеристик. Задача цели - обмануть комплекс ВТО, т.е. она «предполагает», что комплекс ВТО при ее наблюдении примет ее, например, за неопасный объект (мас¬ кировка) или, напротив, наблюдая ка- кой-то объект, не имеющий серьезно¬ го отношения к проведению боевой операции, посчитает его за цель (ложную цель). Противник предпола¬ гает, что существующий комплекс ВТО в результате наблюдения объек¬ та ошибется и оператор преобразова¬ ния «направит» комплекс ВТО по следующей логике: {обычный объект} = = Т1({целъ}), [цель] = Т2 ({г/ель}) = Т2 ({ложная цель}).
Комплекс ВТО стремится, оценивая на бо¬ лее глубоких стратах стратифицированной модели координатные и некоординатные характеристики цели, восстановить истин¬ ную картину фоноцелевой обстановки, т.е. вся мощь комплекса ВТО направлена на получение «хороших» и «правильных» оценок всех требуемых характеристики опять же всех целей: {цель} = = Fx {{обычный объект}), [ложная цель] = = Р2({цель}). Указанная мощь комплекса ВТО сводится к выбору «грамотного» опе¬ ратора реализации, парирующего все намерения противника. Если эти опе¬ раторы реализации единичные, то комплекс ВТО всегда ошибается из-за удачной маскировки или, не сумев разглядеть, что ему «подсунули» не тот объект. Другими словами, в этом случае намерения противника полно¬ стью оправдались - комплекс ВТО не смог обнаружить «подделок». Такие цели становятся для данного ком¬ плекса ВТО артефактами. Для второй рассматриваемой группы операторов в качестве ложной цели может высту¬ пать помеха, тогда такая ситуация ук¬ ладывается в анализ мероприятий по помехозащищенности, где комплекс ВТО не способен уже получить такую некоординатную характеристику объ¬ екта наблюдения, как {есть цель} или {нет цели}. Другой крайний случай, что в зоне действия комплекса ВТО не применяются цели, способные «запу¬ тать» этот комплекс при оценке фо¬ ноцелевой обстановки (или «запу¬ тать», но в пределах допущений по снижению эффективности) во всем диапазоне изменения их характери¬ стик говорит о том, что просто не су¬ ществует для комплекса ВТО арте¬ фактов. Если какая-либо совокуп¬ ность характеристик (чаще всего ко¬ ординатных) цели или «обычного» объекта способна гарантированно сделать такой объект артефактом, то имеют дело с целями-акторами. Это говорит о том, что операторы преобра¬ зования и реализации комплекса ВТО при наблюдении акторов параметрически зави¬ сят от координатных и некоординатных ха¬ рактеристик наблюдаемых целей. Для ар¬ тефактов и канонических целей такой зави¬ симости нет. Вообще говоря, функции ВТО, связанные с осуществлением избирательного пора¬ жения, являются весьма специфическими, уточняющими как процедуру наведения ракеты на цель для нанесения заданного ущерба, так и учитывающими последствия от применения оружия. При таком подхо¬ де вновь видна превалирующая роль именно некоординатных характеристик цели при осуществлении ее избирательно¬ го поражения. В последние годы появились бо¬ еприпасы с изменяемой мощностью, сила детонации которых может про¬ граммироваться для обеспечения тре¬ буемого уровня разрушающего воз¬ действия на цель (силовое дозирова¬ ние), когда не поражаются близлежа¬ щие гражданские объекты и мирное население.
Уменьшение радиуса сплошного поражения обеспечивает боеприпасу эффективное избирательное пораже¬ ние различных типов целей при одно¬ временном сведении к минимуму по¬ бочного ущерба. Таким образом, бое¬ припасы одного типа могут приме¬ няться против широкого класса целей. Управление подобными боеприпаса¬ ми призваны осуществлять взрывате¬ ли (радиовзрыватели). ВТО должно обеспечить в виде гарантиро¬ ванного избирательного поражения боевой контакт оружия с заданной целью. В результате такого боевого кон¬ такта и происходит гарантированное избирательное поражение цели. Во¬ енные специалисты в контексте при¬ менения термина комплекс ВТО обычно говорят о разведывательно огневой системе, понимаемой как ор¬ ганизационно, технически, информа¬ ционно и функционально интегриро¬ ванную совокупность сил и средств разведки, средств обеспечения и по¬ ражения, оснащенных средствами ав¬ томатизации и объединенных единым управлением, обеспечивающим в ре¬ альном времени разведку объектов противника и их высокоэффективное огневое поражение. В этом же плане будем говорить о многофункциональном комплексе ВТО, если только он реализует не¬ сколько функций, поддерживающих гарантированное поражение целей в реальных боевых условиях (с огне¬ вым и радиоэлектронным противо¬ действием). «Прогнозируемую» об¬ щую для всего комплекса функцию чаще всего называют задачей. Други¬ ми словами, функции комплекса ВТО обеспечивают выполнение задачи доставки оружия в район цели и га¬ рантированное поражение заданной цели. Чаще всего, многофункцио¬ нальность комплекса ВТО увязывают только с обеспечением одновремен¬ ного или последовательного решения задач (функций). В этом смысле мно¬ гофункциональность выступает в ка¬ честве условия для достижения высо¬ кой эффективности при поражении разных типов целей (воздушных, на¬ земных, надводных), правда, в этом контексте стали говорить о полипро- странственных ракетах. Особняком ставятся комплексы ВТО для пораже¬ ния подводных и космических целей, наведение на которые требует, как правило, применения соответствую¬ щего специализированного ВТО. Требование обеспечения уни¬ версальности боевого применения ВТО по целям представляется очень серьезным по отношению к комплек¬ сам ВТО, непосредственно выте¬ кающим из их предназначения, кото¬ рое постоянно «рушится» из-за появ¬ ления «неожиданных» по свойствам целей, которые требуют специфиче¬ ского оружия. В этой книге мы в класс функций для многофункцио¬ нальных комплексов ВТО будем до¬ бавлять также функции, непосредст¬ венно не связанные с огневым пора¬ жением цели, но обеспечивающие эффективность такого поражения (например, радиоразведка, РЭБ, об¬ мен данными о районе применения и т.п.). По крайней мере, будем допус¬ кать, что многофункциональные
комплексы ВТО могут быть «узко» специализированными или по своему базированию, или по классу избира¬ тельно поражаемых целей, но при этом быть многофункциональными. Много новых функций добави¬ лись для комплексов ВТО в связи с необходимостью организации груп¬ повых действий особенно при прове¬ дении сетецентрических операций. К таким «дополнительным» функциям относятся задачи радиосвязи для пе¬ редачи информации и команд с одно¬ го боевого средства на другой и на командные пункты, а также при осу¬ ществлении навигации, радиоэлект¬ ронной разведки и борьбы. В этом контексте обычно заявляют о сущест¬ вовании единого информационно- управляющего поля, создаваемого на базе разветвленных автоматизирован¬ ных сетей разведки, связи, навигации и управления. Все функции комплекса ВТО есть технологии, обеспечивающие изг бирательное поражение целей. Это означает, что при организации соот¬ ветствующих условий данная техно¬ логия может быть воспроизведена в любое время и в любом месте. Один из основных законов системологии (теории систем) гласит, что любая пра¬ вильно организованная (техническая, ин¬ формационная, социальная и т.п.) система развивается так, что ее усложнение за счет наращивания используемых средств сопро¬ вождается еще большим (экспоненциаль¬ ным) возрастанием ее функциональных возможностей (реализуемых системой функций, обеспечивающих ее адаптацию к изменяющейся внешней среде). Чем больше функций, а значит, и состояний, у системы, тем она успеш¬ нее парирует воздействие на нее внешней среды. Отсюда непосредст¬ венно следует, что современные ком¬ плексы ВТО обязательно становятся и являются сложными и многофунк¬ циональными. Число их функций не¬ уклонно растет [117], причем эти функции реализуются в течение всего жизненного цикла военных изделий, запечатленного в соответствующие технологии [256], - от концептуаль¬ ного уровня, где формируется техни¬ ческое задание на их разработку, до эксплуатации созданного вооружения и военной техники [121]. Очень часто ВТО связывают со стрельбой только в «идеальных» ус¬ ловиях, типа «в тире» [479], посколь¬ ку эффективность ВТО зависит не только от собственных тактико¬ технических характеристик комплек¬ са ВТО, но и от действий противо¬ стоящей стороны военного конфлик¬ та. Применительно к системам само¬ наведения здесь часто говорят о функционировании в простой инфор¬ мационной обстановке. Под простой информационной обстановкой пони¬ мается такая ситуация при которой выполняются следующие условия: ■ цели изолированы (зоны их воз¬ можных положений не пересе¬ каются), не маневрируют; ■ цели предсказуемы; ■ цели не обусловлены; ■ отсутствует радиоэлектронное противодействие ■ высокая вероятность обнаруже¬ ния (не ниже 0,8); ■ полное однозначное измерение координат;
■ малое число ложных отметок в каждом обзоре. При невыполнении хотя бы одного из пе¬ речисленных условий информационная об¬ становка считается сложной. Если ситуация не попадает под разряд полигонной или/и простой ин¬ формационной обстановки, прежде всего, из-за огневого и информацион¬ ного противодействия [266], она ста¬ новится сложной и проявление высо¬ кой точности ВТО приходится увязы¬ вать с обязательным указанием усло¬ вий, в которых у такого оружия должно быть достигнуто избиратель¬ ное поражение цели (вид, размер, по¬ ложение цели, характеристики воз¬ действия поражающих свойств бое¬ вой части на данные типы целей, фак¬ торы помех и т.п.). В приведенном же определении эти все факторы реаль¬ ных условий боевого применения сведены в «необходимость» и в этих условиях все равно гарантировать из¬ бирательное поражение цели можно и с невысокими показателями эффек¬ тивности, где опять же возможно уси¬ ление поражающего фактора ВТО за счет организации группового взаимо¬ действия единиц ВТО. Не следует связывать ВТО толь¬ ко лишь с управляемыми огневыми средствами поражения (контактны¬ ми). Под определение ВТО вполне могут подойти перспективные сред¬ ства лучевого поражения (лазерного, пучкового, радиоволнового оружия, использующего сверхширокополос- ные сигналы) и другие перспектив¬ ные образцы оружия, если только они удовлетворяют основному тре¬ бованию для ВТО - гарантированно¬ му избирательному поражению цели в реальных условиях. Воздействие на объект средств лучевого поражения получило в литературе название ин¬ формационного или изолирующего по¬ давления. Итак, основное для ВТО - избирательно поразить цель, несмот¬ ря на все сопутствующие возмуще¬ ния, сопровождающие реальные ус¬ ловия его боевого применения. Логистика ВТО Если провести аналогию доставки боеприпаса и осуществления избира¬ тельного поражения цели с «доведени¬ ем готовой продукции до потребите¬ ля», то можно заявлять о логистике ВТО, обеспечивающей комплексное рассмотрение оснащения Вооружен¬ ных Сил ВТО от стадии выяснения номенклатуры и потребностей этого оружия, его целевого распределения, разработки и создания, доставки и хранения. Другими словами, логистика рассматривает жизненный цикл ВТО под углом зрения обеспечения полно¬ стью информационно контролируемых соответствующих материальных пото¬ ков, сопутствующих созданию и при¬ менению ВТО. Основная концепция построения логистических систем ВТО основана 1 т 64 |
на принципе четкого взаимодействия и согласованности основных ее эле¬ ментов: снабжение, производство, распределение, транспортирование и боевое применение. Применительно к ВТО логистика не должна замыкаться только на доставке комплекса ВТО и боеприпасов в районы военного про¬ тивостояния. Она обязана заниматься и обоснованием эффективных техно¬ логий доставки боеприпасов к целям в процессе боевых действий. Очевид¬ но, что логистика становится качест¬ венно иной, если цели - акторы. Гибридные войны и ВТО В последнее время появился ряд понятий, учитывающих новые реалии в осуществлении военных операций. К их числу относятся гибридные вой¬ ны [646, 544]. Такие войны включают в себя проведение широкого спектра прямых боевых действий и тайных операций, осуществляемых по едино¬ му плану вооруженными силами, пар¬ тизанскими и другими нерегулярны¬ ми формированиями при участии раз¬ личных гражданских компонентов. Такая тактика ведения военной опе¬ рации «размывает» очертания воен¬ ного конфликта и вовлекает в него невоенные средства, которые в обыч¬ ном состоянии не имеют прямого от¬ ношения к классическому военному противостоянию. Как говорят военные, в гибрид¬ ной войне должно быть достигнуто массирование результатов, а не сил. Причем информационный фактор в отдельных случаях становится само¬ стоятельной составляющей и оказы¬ вается не менее важным, чем воен¬ ный. Основной результат гибридной войны - возможность нанесения уда¬ ров по любому участку территории противника. Гибридные войны серьезно изменяют харак¬ тер боевых действий, связанный со снижени¬ ем оперативных плотностей войск, перехо¬ дом от площадного метода поражения объек¬ тов к избирательному, очаговым характером ведения войн без постоянных линий боевого соприкосновения и четкого разделения поня¬ тий тыла и фронта, что призвано обеспечить и поддержать только ВТО [812]. Здесь сегодня ведется подспуд¬ ная подготовка к эффективному веде¬ нию подобных войн разработкой со¬ ответствующей тактики организации мероприятий и действий для экспеди¬ ционных формирований [313]. В со¬ ставе экспедиционных формирований обязательно находятся комплексы ВТО, а также соответствующие РУК. В этом случае заявляют об обеспече¬ нии непрерывного глобального про¬ ецирования силы из любого района за счет оперативного развертывания систем управления войсками в зоне боевых действий и огневой поддерж¬ ки, а также тылового обеспечения. Особенно перспективными представ¬ ляются возможности для нанесения огневых ударов средствами ВТО со стороны морского варианта экспеди¬ 65 | шт
ционного формирования - плавучей военной базы, поскольку море счита¬ ется военными стратегами самой мо¬ бильной и безопасной средой. При проведении операций по нанесению высокоточных ударов в рамках гибридных войн на видное место выступают проблемы оперативного контроля процесса и резуль¬ татов ракетных ударов с целью оценки их эффективности [733]. Без такого контроля просто не¬ возможно осуществлять эффектив¬ ные действия комплекса ВТО в не¬ знакомом месте при удалении от центров управления. Такую функцию могут играть другие управляемые средства поражения группового ВТО), участвующие в налете, специ¬ альные летательные аппараты (на¬ пример, БЛА) контроля, РУК, а так¬ же выносные видеосенсоры, достав¬ ляемые к цели вместе с боеприпасом. Выбрасываемые на траектории поле¬ та (отделяемые от ракеты на доста¬ точно длинном фале) видеосенсоры (в англоязычной литературе они имеют аббревиатуру BDA или MDBDA) осуществляют визуальное наблюдение воздействия оружия и начального разрушения цели. Кон¬ цепция их использования состоит в том, чтобы обеспечить центры пла¬ нирования и осуществления опера¬ ций телевизионным изображением, как воздействует оружие на цель. При планировании и ведении гибридных войн резко усиливается роль задач, связан¬ ных с оценкой местности на предмет выявле¬ ния данных, оказывающих существенное влияние на расположение и действия участ¬ ников конфликта, подготовку и ведение боя, передвижение и размещение специальной техники различного назначения (командно¬ штабные машины, комплексы и средства свя¬ зи и т.п.), а также ее боевое применение в со¬ ответствии с принятыми решениями [414, 607]. Одним из важных элементов оценки ме¬ стности является анализ проходимости. Гибридные войны, скорее, опре¬ деляют ценности (императивы) для участников, которые транслируются в задачи для комплексов ВТО. Эффек¬ тивное применение ВТО ломает пси¬ хологический настрой населения со¬ циума, подготавливает грядущий рай¬ он боевых действий для ведения опе¬ раций, грамотно распределяет ресур¬ сы вовлеченных в гибридную войну сил. И здесь очень важно обратить внимание еще на одно обстоятельст¬ во, непосредственно связанное с при¬ менением ВТО. Гибридная война по своей сути предполагает в ходе бое¬ вых ситуаций комплексное примене¬ ние разнородных (гетерогенных) ви¬ дов ВТО, да еще и действующих в различных средах, а также различного базирования и размещенного (рассо- средоточенного) на удалении друг от друга, причем так, что для противни¬ ка расположение комплексов ВТО и собственно боевых средств может ка¬ заться случайным. Задача гибридной операции - действовать этим гетерогенным ВТО согласованно, фактически как единым распределенным по пространству- времени боеприпасом. В этом контек¬ сте стали заявлять об осуществлении кооперативной атаки групповым
ВТО. Только применительно к гиб¬ ридным войнам на первый план все чаще выступает требование осущест¬ вления планирования и применения межвидовых группировок войск, обя¬ зательно имеющих на вооружении ВТО, по принципу «от потребных возможностей», под которыми пони¬ мается способность достичь требуе¬ мого оперативного эффекта. Стали даже заявлять о появлении «гибрид¬ ного ВТО». Структура комплекса ВТО Не нужно ВТО олицетворять только с исполнительной частью (бо¬ еприпасы точного прицеливания, управляемое оружие - снаряды, раке¬ ты, авиабомбы), эффективность кото¬ рого достигается за счет избиратель¬ ного поражения цели. Следует в со¬ став ВТО включать системы разведки, наведения, управления, поражения и радиоэлектронной борьбы (РЭБ) [531, 393, 192], функционирующие в реаль¬ ном времени и без «помощи» которых невозможно избирательное пораже¬ ние цели средствами ВТО, да еще и в реальных боевых условиях. В этом случае часто рекоменду¬ ется также употреблять термин ком¬ плекс {система) ВТО (иногда здесь говорят о ВТО в широком смысле [353]). Данная система функцио¬ нально включает, кроме ВТО и его носителей, системы и средства, обеспечивающие эффективное применение ВТО: ■ управление войсками (силами); ■ разведка (космическая, воздуш¬ ная, наземная, оптикоэлектрон¬ ная, радиотехническая и др.); ■ навигационное, метеорологиче¬ ское, топогеодезическое и другие виды стратегического (оператив¬ ного) обеспечения [434, 380]. Только при таком понимании ВТО можно возлагать на него необ¬ ходимость реализации принципов, присущих, по мнению военных спе¬ циалистов, идеальному ВТО: ■ разведал - выстрелил; ■ выстрелил - забыл; ■ выстрелил - поразил. Комплекс ВТО, как боевая сис¬ тема, непосредственно подходит под статус вооружения и военной техники [258]. Еще в большей степени ком¬ плекс ВТО проявляет себя как ком¬ плекс вооружения, военной или спе¬ циальной техники. Можно уточнить вид комплекса вооружения примени¬ тельно к средствам ВТО и рассматри¬ вать его как средство поражения, а точнее, управляемое средство пора¬ жения. Современное вооружение, воен¬ ная и специальная техника, органы военного управления имеют целый ряд особенностей, которые рельефно проявляют себя применительно к ВТО, среди которых следует выде¬ лить: многоаспектность, многострук- турность и неопределенность их по¬ ведения, иерархию, структурное по¬ добие и избыточность основных эле¬ ментов и подсистем, связей между
ними, многовариантность реализации функций управления на каждом из их уровней, территориальную распреде¬ ленность и мобильность компонен¬ тов, наличие, как правило, режима функционирования в реальном вре¬ мени (зачастую, в жестком реальном времени). Комплекс ВТО призван обеспе¬ чить боевые возможности и эффек¬ тивность доставляемых к цели средств избирательного поражения, для чего необходимы: ■ поддержка маневренности и лет- но-технических характеристик средств поражения; ■ информационное обеспечение (бортового и внешнего); ■ управление боеприпасом; ■ траекторное обеспечение и авто¬ матизация боевых режимов; ■ тактика и действие по управле¬ нию средством поражения в про¬ цессе его наведения в район бое¬ вого применения. Комплекс ВТО объединяет в своем систем¬ ном единстве средства, имеющиеся на ра¬ кете и вне ракеты, если они участвуют в организации и осуществлении основной функции - избирательного гарантирован¬ ного поражения цели. С точки зрения системы самона¬ ведения, как части комплекса ВТО, функционирующей на ракете, все ос¬ тальные объекты комплекса ВТО вы¬ ступают для нее также как некое единое системное целое, даже если это целое рассосредоточено своими структурно взаимосвязанными объ¬ ектами в пространстве и времени и по другим системам и комплексам. Кроме этих «дружественных» объек¬ тов окружающая комплекс ВТО с системой самонаведения среда (фо¬ ноцелевая обстановка) содержит важные для системы самонаведения объекты, одни из которых принадле¬ жат противнику, а потому всячески мешают осуществлению гарантиро¬ ванного избирательного поражения цели, а другие - «нейтральные» объ¬ екты также влияют на функциониро¬ вание системы самонаведения. От¬ сюда понятны для систем самонаве¬ дения требования к обеспечению ус¬ тойчивости функционирования. Обеспечение устойчивости, т.е. на¬ дежности и стойкости к дестабили¬ зирующим факторам достигается за счет применения комплекса мер на всех этапах создания систем самона¬ ведения [548,813,295,272]. По этой причине, устанавливает¬ ся «естественная» дихотомия понятий для рассмотрения системы самонаве¬ дения: она сама + внешняя среда. Повторяем, что кроме «дружест¬ венных» объектов в состав внешней среды входит противник со своими намерениями, а также «нейтральные» объекты. В этом случае говорят о расширенном понимании среды, в ко¬ торую «погружена» исследуемая сис¬ тема самонаведения, т.е. эту среду формируют другие системы (объек¬ ты), влияющие на функционирование системы самонаведения или подвер¬ женных влиянию с ее стороны. I Система самонаведения есть часть ракет¬ ной составляющей комплекса ВТО.
Однако можно, опять же с точки зрения выявления основного предме¬ та исследований в рамках теории сис¬ тем самонаведения, отождествить всю ракетную информационную состав¬ ляющую комплекса ВТО с его систе¬ мой самонаведения. Система самона¬ ведения с помощью входящих в ее структуру других управляющих сис¬ тем обычно реализует сначала функ¬ цию вывода ракеты в зону коррекции траектории полета, после чего уже осуществляет собственно самонаве¬ дение на цель (тем более, что «точ¬ ный» вывод в зону коррекции траек¬ тории есть необходимое условие на¬ чала процедуры самонаведения). В этом смысле система самонаведения выступает как важнейшая часть ком¬ плекса средств управления ракетой. Собственно, самонаведение связыва¬ ется в этом случае с обеспечением требуемого полета боевого блока. Другими словами, можно счи¬ тать, что система самонаведения име¬ ет мультиплатформенную структуру, куда входит собственно система са¬ монаведения, ракета, боевой блок и т.д., элементы которой разнородны. Такой возможности рассуждений спо¬ собствует и тот факт, что достижения микроминиатюризации активно ин¬ тегрируют когда-то «разрозненные» и разнородные бортовые системы раке¬ ты в единое устройство, название ко¬ торому целесообразно дать по по¬ следней и главной реализуемой этим интегрированным устройством функ¬ ции, в данном случае, самонаведения ракеты. Таким образом, там, где это не вызовет недоразумений, всю борто¬ вую информационно-управляющую систему ракеты, обеспечивающую га¬ рантированное избирательное пора¬ жение, можно называть в расшири¬ тельном смысле системой самонаве¬ дения, причем, если она конструктив¬ но объединена в единое целое, то еще и интегрированной. Вместе с тем, в литературе в этом контексте говорят также о комбинированном наведении, когда в процессе полета боевого сред¬ ства к цели реализуются различные способы наведения. Более того, при таком подходе сама ракета становится «подчиненной» для системы самона¬ ведения. Дело в том, что акцентиро¬ вание исследовательского интереса именно на системе самонаведения де¬ лает ракету для этой системы, как только что отмечалось, объектом управления, а потому может рассмат¬ риваться как соответствующая под¬ система (объект управления) для сис¬ темы самонаведения с точки зрения теории управления. По существу, там, где это не вы¬ зовет недоразумений, будем отожде¬ ствлять ракету и систему самонаведе¬ ния, т.е. система самонаведения рас¬ сматривается, в соответствии опять же с канонами теории управления, как некая система управления, состоящая из управляющей подсистемы (собст¬ венно системы самонаведения) и объ¬ екта управления (ракеты). Здесь дол¬ жен обязательно реализовываться принцип необходимого разнообразия теории управления. Именно, достижение соответст¬ вия для разнообразий воздействий со стороны системы самонаведения и состояний ракеты выступает основ-
ным мотивом для объединения раке¬ ты и системы самонаведения в еди¬ ную систему (комплекс). Когда по¬ требуется, всегда можно оставить для себя маневр для уточнения ее струк¬ туры, например, выделяя из нее как самостоятельную подсистему то или иное бортовое средство (и, следова¬ тельно, вычленяя эти средства из структуры системы самонаведения), например радиовзрыватель. Такое «интегральное» представление струк¬ туры комплекса ВТО возможно только в том случае, когда основные акценты направлены на исследование собственно системы само¬ наведения. Если нужно исследовать ком¬ плекс ВТО в целом, то, конечно же, должна приниматься во внимание более «диффе¬ ренцированная» его структура. Например, на рис. 1.3 представ¬ лена уже достаточно долгое время служащая разработчикам оружия и военным верой и правдой структура комплекса противокорабельного ВТО [417] и в этой книге никто не собира¬ ется ее ниспровергать. Внешние системы информационного обеспечения и управления ВТО Средства разведки Средства получения целеуказаний Средства связи Системы боевого планирования Автономные навигационные системы носителя Спутниковые навигационные радиотехнические системы Радио¬ локационные прицельные комплексы Оптико- электронные прицельные системы Система управления подготовки пуском ракет Корабельная автоматизированная система управления Навигационные прицельные системы Бортовые упрапвляющие системы носителя Автоматические системы управления Информационные системы высокоточного средства поражения Головки самонаведения (активные РЛ. пассивные РЛ. оптико-электронные ГСН) Навигационные системы (автопилот, инерциальная система наведения, радиовысотомер, спутниковая корреляция) Адаптивные взрывательные устройства Системы межракетного обмена информацией (трансляционно¬ командная радиолиния, линии связи передачи данных, коррекция полета ракеты Рисунок 1.3 Структура противокорабельного комплекса ВТО
Теперь нужно дать название для «внешней» с точки зрения ракеты час¬ ти комплекса ВТО - «дружественной» компоненте внешней среды, тем более, что до пуска ракеты при подготовке соответствующего огневого залпа сис¬ тема самонаведения непосредственно соединена с этим комплексом. Систе¬ ма самонаведения после пуска начина¬ ет реализовывать качественно иные функции, нежели те, что задействова¬ лись при подготовке ракеты к старту. После проведения пуска комплекс ВТО уже реализует также качественно иную функцию по текущему управле¬ нию залпом ракет для гарантированно¬ го выполнения поставленной боевой задачи. Здесь функционально, да и фи¬ зически, «внеракетная» часть ком¬ плекса ВТО и сама ракета со своей системой самонаведения оказываются разнесенными в пространстве-време- ни, и задача осуществления их эффек¬ тивного информационного взаимо¬ действия выступает на первый план. Эту точку зрения на необходимость формирования внутри комплекса ВТО двух различных системных объектов - системы самонаведения и «вне- ракетной» части комплекса ВТО, ко¬ торую назовем разведывательно- ударным комплексом (РУК) - наглядно и убедительно подтверждает вариант стрельбы автономным ракетным ору¬ жием, не требующим в процессе изби¬ рательного самонаведения какого- либо взаимодействия с «внеракетной» частью комплекса ВТО. РУК представляет совокупность функционально связанных систем управления, инфокоммуникации [271, 722, 278], освещения обстановки, об¬ работки и отображения информации, которая должна работать не только в интересах навигации соответствую¬ щих летательных аппаратов и высоко¬ точного наведения оружия, но, что особенно важно, и в интересах защиты ракет и самого РУК от поражения управляемым оружием в рамках осу¬ ществления противником тактики ак¬ тивной защиты [878, 879, 440]. Инфокоммуникационные техно¬ логии становятся основой для созда¬ ния цифровой армии. Так называется принятая в ряде стран концепция раз¬ вития ВС, обеспечивающая объеди¬ нение всех находящихся на поле боя сил в единую коммуникационную сеть [858]. В последнее время сетевые тех¬ нологии для динамических много¬ функциональных объектов формиру¬ ются в рамках соответствующих кла¬ стеров [205], в результате чего в бое¬ вом пространстве оказываются задей¬ ствованными подразделения «цифро¬ вой армии». Кластерный подход сочетает в себе функции поддержания кластера, управления полезной на¬ грузкой и обмена данными. Такой подход характерен при участии ком¬ плекса ВТО в сетецентрических и гибридных войнах [383, 672]. В литературе РУК иногда ис¬ пользуется как синоним понятию раз- ведывательно-огневая система. Одна¬ ко последнее понятие чаще всего в литературе означает ту систему, для которой здесь используют термин комплекс В ТО. Та же система, которая здесь определена как РУК, часто во¬ енными специалистами (особенно в авиации) называется поисково-при¬
цельной системой (или прицельно¬ навигационной) [516, 582]. Такие РУК называются в публикациях научной школы профессора B.C. Вербы также комплексами (радиолокационного) до¬ зора и наведения [286, 288, 476, 289]. Используется активно также термин система управления вооружением самолета [459]. Есть попытка отде¬ латься от видовой принадлежности РУК выбором для него названия сис¬ тема поддержки принятия решений комплексов ВТО [188]. Как правило, в составе РУК специально выявляют комплекс информационных средств, называемый системой освещения об¬ становки, который осуществляет по¬ лучение требуемой информации для организации избирательного пораже¬ ния целей. Сейчас номенклатура и состав системы ос¬ вещения обстановки постоянно пополня¬ ются разнообразными источниками. Это, прежде всего, беспилотные системы, в ча¬ стности, на одной из выставок вооружения демонстрировались пули с вмонтированной видеокамерой, что дает возможность ос¬ мотреть местность в течение 10 с после вы¬ стрела. На флоте в качестве РУК высту¬ пает боевая информационная управ¬ ляющая система (БИУС) [692, 650, 859]. БИУС позволяет вырабатывать оптимальные варианты применения оружия и других боевых средств, да¬ вать для них целеуказания и осущест¬ влять контроль за реализацией ко¬ мандной информации. Иногда кора¬ бельные РУК называются корабель¬ ными автоматизированными систе¬ мами управления в отличие от ракет¬ ных систем самонаведения, называе¬ мых бортовыми автоматическими системами управления [496, 649]. Иногда систему РУК + экипаж относят к разряду наблюдательно-информационных систем, хотя, конечно, функции РУК от¬ нюдь не сводятся только к «наблюдатель¬ ным» [249]. Применительно к корабельным РУК стали заявлять о развертывании чело¬ веко-машинной робототехнической систе¬ мы [767], выполняющей следующие функ¬ ции: информационно-вычислительную, следящую, запоминающую, коммуникаци¬ онную, информационную, регулирующую, оптимизирующую, самосинхронизирую- щуюся, самоорганизующуюся, самосовер- шенствующую, исследовательскую, про¬ гнозирующую (предсказательную), анали¬ зирующую, синтезирующую, контроли¬ рующую, диагностирующую, документи¬ рующую, обучающую, координационно¬ интеграционную, интерпретационно-консу¬ льтационную. РУК взаимодействует с «внеш¬ ней» (вышестоящей по структуре боевого управления) для него ко¬ мандной системой боевого управле¬ ния, представляющей составную часть автоматизированной системы управления ВС РФ. Естественно, что РУК должна иметь средства, обеспе¬ чивающие информационное сопря¬ жение с вышестоящими звеньями боевого управления. Благодаря нали¬ чию в структуре РУК таких средств, транслирующих необходимые ко¬ манды управления комплексом ВТО, считаем, что, хотя бы на информаци¬ онном уровне, с точки зрения рас¬
смотрения боевого применения кон¬ кретного комплекса ВТО эти звенья могут включаться в состав РУК. РУК в составе комплекса ВТО, как целена¬ правленной структуры, решающей задачу по избирательному поражению, играет роль штаба боевой операции. Отсюда в составе РУК находят¬ ся подсистемы (разведки, РЭБ, целе¬ указания, обеспечения связи с ко¬ мандованием и т.п.), которые обслу¬ живают штабы в каноническом их представлении. Система самонаведе¬ ния исполняет для каждого ракетно¬ го средства «предписания» РУК и непосредственно участвует в реали¬ зации плана проведения боевой опе¬ рации. РУК обеспечивает информа¬ ционную поддержку планируемым боевым операциям, манипулирует ресурсами, разрабатывает планы боевых операций и обеспечивает их выполнение [144]. Такой «штабной» подход к рас¬ смотрению функций РУК практиче¬ ски сводит на нет обоснованность дискуссии о необходимости включе¬ ния экипажа (<операторы + командо¬ вание) в состав РУК. Конечно же - включать, если они непосредственно участвуют в актуализации именно штабных функций РУК. Кроме того, сам факт обособления РУК в структу¬ ре комплекса ВТО явно указывает на то, что система самонаведения имеет ресурсы для осуществления маневров как траекторных [167], так и в рамках тактики управления боеприпасами в процессе совершения избирательного поражения. РУК есть органическая часть структуры ВТО, а значит, и командной системы бое¬ вого управления, выполняющий функции как планирования удара, так и учета воз¬ можности по варьированию всеми видами ресурсов систем самонаведения. У не¬ управляемого оружия таких ресурсов после выстрела нет. При таком понимании РУК по¬ лучается, что на него возлагаются практически все процедуры по плани¬ рованию ракетного удара, куда вхо¬ дит и целераспределение. Для целе- распределения должны быть учтены расположение целей на направлении театра военных действий, место сил и средств в оперативном построении (боевом порядке), характер их дея¬ тельности, мобильность, уязвимость, необходимая степень и возможная очередность поражения, возможности привлекаемого оружия по поражению и другие условия. Выявление РУК в составе ком¬ плекса ВТО уже своим названием со¬ ответствует подчеркиванию его роли при усилении разведывательной ком¬ поненты информационного обеспече¬ ния боевых действий с применением ВТО. Такая информационная роль РУК отмечена и на понятийном уров¬ не, когда в обиход вводится такое по¬ нятие, как объект наблюдения. Имен¬ но РУК назначает целью, т.е. объек¬ том поражения для системы самона¬ ведения, тот или иной выявленный РУК объект наблюдения. Как прави¬ ло, объект наблюдения состоит из бо¬ лее мелких объектов и сооружений (элементов объекта). Информация об объекте наблюдения накапливается,
хранится и обновляется в банке дан¬ ных РУК. Процедуру трансформиро¬ вания объекта наблюдения в цель (объект поражения) может совершать в процессе своего функционирования и система самонаведения при перена¬ целивании, например при появлении опасной внезапно обнаруженной це¬ ли. Роль разведки резко усиливается при ведении сетецентрических и гиб¬ ридных войн, где резко повышается ее значение, а также изменяются принципы ее построения и функции, что вызвано следующими причинами [296, 287]: ■ масштабная глобализация развед¬ ки, охватывающей космос, сушу и море, а теперь еще и киберпро¬ странство, что обусловлено широ¬ ким размахом боевых действий, ■ усиление роли некоординатной информации о зоне боевых дей¬ ствий при планировании и осу¬ ществлении боевых ударов, ■ возрастание требований к досто¬ верности и точности определения координат целей и определения их государственной принадлеж¬ ности из-за наличия в пределах одной зоны боевых действий большого числа целей противни¬ ка, широкого применения опера¬ тивной и тактической маскировки, необходимости высокоточного целеуказания средствам пораже¬ ния и достоверной оценки резуль¬ татов огневых, радиоэлектронных и информационных ударов, ■ существенное повышение требо¬ ваний к оперативности разведки для своевременного вскрытия начала боевых операций и реали¬ зации концепции сетецентриче¬ ских и гибридных войн, ■ необходимость обеспечения ус¬ тойчивости системы разведки в условиях мощного радиоэлек¬ тронного, информационного и огневого противодействия. Из приведенного описания от¬ дельных функций и видов РУК непо¬ средственно следует, что система са¬ монаведения получает от РУК данные о фоноцелевой обстановке именно в виде некоординатной информации об объектах наблюдения. Чаще всего, такая информация поступает в виде {заданная цель с такими-то коорди¬ натными характеристиками). Одно¬ временно эти выявленные некоорди¬ натные характеристики уточняются координатными характеристиками, оцененными РУК, трансформируются в отмеченную уже характеристику {заданная цель с такими-то коорди¬ натными характеристиками} и пе¬ редаются в систему самонаведения для осуществления избирательного поражения этой цели. Разумеется, развитие ВТО все в большей степени переносит функции РУК по наделе¬ нию объектов фоноцелевой обстанов¬ ки на борт системы самонаведения. Включение в состав комплекса ВТО различных подсистем, задейст¬ вуемых на разных стадиях подготовки и осуществления избирательного по¬ ражения цели, явно указывает на то, что комплекс ВТО имеет структур¬ ную динамику. Понятно, что, в отличие от сис¬ тем самонаведения, РУК может быть неинтегрированным комплексом, по¬ скольку в его состав могут входить 74 1
территориально разнесенные системы и устройства, но объединенные ин¬ формационно и функционально. Здесь вновь наблюдается мультиплатфор- менная структура, но уже для РУК. Этот термин дальше будет основным, по необходимости дополняемым со¬ ответствующими уточнениями, на¬ пример, авиационный РУК [275], ко¬ рабельный РУК, РУК систем залпово¬ го огня и т.п. Естественно, что РУК может быть иерархически многозвен¬ ным, например, авиационная состав¬ ляющая и наземная в виде соответст¬ вующего информационно-управляю- щего звена для наземного центра управления (опять же РУК) более вы¬ сокого уровня управления [735]. Конечно, состав, структура, функциональные возможности и ха¬ рактеристики РУК в существенной степени зависят также от носителя, где он размещается. В качестве такого носителя используются сегодня прак¬ тически все (любые) военные транс¬ портные средства, а также он может быть стационарным, размещаемым на выделенной для него позиции. Осо¬ бенности вертолетных РУК рассмот¬ рены в [856]. РУК и системы самонаведения должны в своем составе иметь равно¬ прочные системы и каналы оборудо¬ вания, т.е. такие элементы, в которых обеспечивается примерное равенство отношения приращения общей эф¬ фективности комплекса ВТО за счет функционирования заданного компо¬ нента к его стоимости. Это обеспечи¬ вает достижение максимума эффек¬ тивности всего комплекса ВТО при заданной стоимости его создания и эксплуатации. Заведомо необходимо исключать «слабые места». Боевые средства ВТО, как пра¬ вило, специализируются по поражае¬ мым целям, да и функции комплекса ВТО постоянно нарастают. По суще¬ ству, каждая комбинация таких раз¬ личительных принципов порождает свое название для используемого при стрельбе ВТО «штабного» комплекса, который здесь назван РУК. Не будем выделять эти различия в применяемой терминологии, по¬ скольку наше желание - уже на поня¬ тийном уровне убедиться, что для систем самонаведения может быть построена теория (или учебный курс), обнаруживающая определенную общ¬ ность для систем самонаведения ВТО, а значит, игнорирующая эти термино¬ логические «видовые» различия. Та¬ кая теория должна экономить на ис¬ пользуемом понятийном аппарате, сконцентрировав все свое внимание на основном предмете исследования, в нашем случае - на системе самона¬ ведения ВТО. Таким образом, для теории сис¬ тем самонаведения ВТО формируется следующая «экономная» (в смысле ко¬ личества понятий) структура основных понятий теории систем самонаведения ВТО, в центре которой находится сис¬ тема самонаведения (рис. 1.4). Все им¬ перативы и технологии (политики) верхних (внешних для комплекса ВТО) уровней управления боевой ра¬ ботой комплекса ВТО концентриру¬ ются в онтологии, базирующейся на координатных и некоординатных ха¬ рактеристиках объектов зоны ответст¬ венности ВТО. Именно последнее об-
стоятельство и позволяет столь упро¬ стить как структуру комплекса ВТО, так и его взаимодействия с внешним миром - вся типология этой структуры исходит из четкой фиксации обстанов¬ ки установленной совокупностью ко¬ ординатных и некоординатных харак¬ теристик. Объекты противника вкупе со «своими» объектами, не входящими в состав комплекса ВТО, и факторы окружающей среды также выступают своими координатными и некоорди¬ натными характеристиками в качестве базового множества для модели с сиг¬ натурой «условия боевого примене¬ ния». Такая система понятий является обобщенной, она всегда может быть уточнена выделением нужных для анализа объектов, например, так, как показано на рис. 1.5. Система самонаведения РУК Комплекс ВТО Объекты противника Окружающая среда Фоноцелевая обстановка «Нейтральные» объекты и факторы окружающей среды Рисунок 1.4 Структура комплекса ВТО и его обстановки | Центр | управления Комплекс ВТО Система самонаведения I Фоноцелевая 1 обстановка 1 L4s™J Внешняя среда Средства радиоэлектронного и огневого противодействия Ударные средства при групповом применении Рисунок 1.5 Развернутая структура комплекса ВТО РУК
Очевидно, что приведенная на рис. 1.4 структура понятий формирует минимальную онтологию систем са¬ монаведения. Следовательно, теория систем самонаведения должна формировать¬ ся вокруг онтологии, представленной на рис. 1.4. Важно отметить, что, в отличие от системы самонаведения, РУК - это чаще всего не¬ интегрированный комплекс, но он, как и весь комплекс ВТО, - принципиально ком¬ плектованная (комплексная) система. Отличие комплексированных систем от комбинированных состоит в том, что комбинирование можно рассматривать как комплексирование, но по реализуе¬ мым функциям (на функциональном уровне). Комплексирование может также рассматриваться как условие для осуще¬ ствления комбинирования функций, когда между отдельными программно-аппарат¬ ными средствами организуют соответст¬ вующие сигнальные связи, и эти средства могут рассматриваться как некий единый программно-алгоритмический или ин¬ формационный объект. Только что обоснованная система понятий, позволяющих исследовать средства ВТО, грешит тем, что объек¬ ты, фиксируемые этими понятиями, как правило, оказываются структурно и конструктивно расщепленными и раз¬ бросанными во времени и пространст¬ ве. Однако стоит только эти объекты рассмотреть как участников (агентов) некого процесса управления (в данном случае - избирательного поражения), развертываемого в информационном пространстве, то функциональная и информационная обособленность объ¬ ектов, обозначенных соответствующи¬ ми только что введенными сигнатура¬ ми, будет обнаруживаться непосредст¬ венно (процессный подход). Такая обо¬ собленность выявится и при рассмот¬ рении ВТО, являющегося системой высокоточных средств поражения, все чаще привлекаемых к решению сете¬ центрических операций в составе раз¬ новидовых группировок, управляемых из единого центра и одновременно дей¬ ствующих по ключевым элементам системы государственного и военного управления противника. Структура противостояния в любой боевой операции сводится сегодня к формуле «ВТО против ВТО». Сам РУК, как правило, имеет ие¬ рархическую структуру, с помощью которой к системе самонаведения стекается разнообразная информация о районе применения и намерениях противника, а также организуется управление огневым ударом. По этой причине можно заявлять о суперпо¬ зиции функций РУК и системы само¬ наведения, а также описывающих эти функции операторов в комплексе ВТО. Эта суперпозиция может быть дифференцирована на более мелкие функции нижних уровней управления процессом избирательного пораже¬ ния. Иерархия таких функций может воспроизводить соответствующую территориальную, субординацион¬ ную, видовую структуру. В последние годы эта иерархия в рамках управле¬ ния структурной динамикой сама приобрела структурную динамику при осуществлении сетецентрических
операций. Как всякая иерархия, такая обеспечение ВТО осуществляется в структура РУК имеет свою вершину, некой глобальной для системы само- Другими словами, информационное наведения информационной сети. Физическая и информационная платформы комплекса ВТО Одним из звеньев, причем крайне важным, этой информационной сети обычно считают автоматизированную систему управления войсками. При¬ менительно к конкретному комплексу ВТО автоматизированная система управления войсками определяет еще и императивы (ценностные критерии) для деятельности по выбору целей и организации их избирательного по¬ ражения. В «узком смысле» РУК ком¬ плекса ВТО призван развертываться вокруг этого единого центра управ¬ ления, а «в широком смысле», с точ¬ ки зрения системы самонаведения, автоматизированная система управ¬ ления войсками, как часть единого информационно-управляющего про¬ странства, вместе со всеми объекта¬ ми информационной сети и этого пространства, сама может рассмат¬ риваться как некий РУК. Эффектив¬ ное применение ВТО в таких услови¬ ях возможно только на единой ин¬ формационной основе. Другими сло¬ вами, объединительным элементом, позволяющим говорить о возможно¬ сти построения системы (комплекса) ВТО, является информационная пол¬ нота. Все, что участвует в обеспече¬ нии информационной полноты для проведения боевой операции с ис¬ пользованием ВТО, должно вклю¬ чаться в состав соответствующего комплекса ВТО и его РУК. Для сформированной таким образом структуры РУК стали употреблять термин физической и/или боевой платформы РУК или ВТО. Физическая платформа - это со¬ вокупность огневых, информацион¬ ных, обеспечивающих и иных средств, задействуемых при решении некоторой задачи. Из определения физической платформы следует, что все ее компоненты имеют аппаратур¬ ное (вещественное) воплощение, кон¬ тролируемы и управляемы с полно¬ той, позволяющей им эффективно обеспечивать достижение возложен¬ ной на эти компоненты функции. Фи¬ зическая платформа ВТО развертыва¬ ется в области военных действий, в которой войска группировки, на воо¬ ружении которой находятся рассмат¬ риваемые средства ВТО, перемеща¬ ются и согласованно действуют во времени и пространстве. Область дей¬ ствия физической платформы ВТО включает наземное, морское, воздуш¬ ное и космическое пространство, в котором войска проводят различные операции и в котором находятся бое¬ вые единицы (платформы) и физиче¬ ские носители коммуникационных се¬
тей. Элементы этой платформы срав¬ нительно легко выявить и оценить, и, соответственно, военная мощь тради¬ ционно оценивалась в соответствую¬ щей физической платформе. С точки зрения системы понятий физическая платформа включает и фоноцелевую обстановку, но состоя¬ щую только из «дружественных» объ¬ ектов, принимаемых во внимание при планировании и осуществлении бое¬ вого применения ВТО. В рамках фи¬ зической платформы происходит ор¬ ганизация противостояния комплекса ВТО и боевых средств противника. Физическая платформа - это су¬ губо «технологическое» понятие, включающее в себя только те объекты внешней среды, которые влияют на ход выполнения и подготовки боевых операций с использованием средств ВТО, а также действий, осуществляе¬ мых при организации и осуществле¬ нии собственно избирательного по¬ ражения. Вообще говоря, каждая боевая операция с применением средств ВТО образует свою физиче¬ скую платформу, хотя, конечно, она может формироваться с «запасом» для определенного множества бое¬ вых операций. Обычно специально выделяют функционально и структурно обособ¬ ленные физические платформы, обес¬ печивающие доставку РУК и ракет в район боевых действий. Единая информационная основа является горизонтальным системооб¬ разующим признаком для формиро¬ вания РУК. С точки зрения информа¬ ционного обеспечения одной из важ¬ нейших задач, стоящих перед ком¬ плексом ВТО, является развертыва¬ ние локальной соответствующей ин¬ формационной платформы с гаранти¬ рованной информационной полнотой для осуществления избирательного поражения цели средствами ВТО. Информационная (инфокоммуникаци- онная) платформа - это информаци¬ онная сфера, где создается, обрабаты¬ вается и распределяется информация, используемая средствами ВТО. Опять же, это также сугубо «технологиче¬ ское» понятие, но здесь роль «волево¬ го» отбора (организационной состав¬ ляющей при отборе) объектов для формирования информационной платформы значительно возрастает. Требование «создается, обрабатыва¬ ется и распределяется информация» - говорит о том, что все информацион¬ ные процессы в платформе, в данном случае системы самонаведения и РУК, полностью управляемы и кон¬ тролируемы. Можно без особых на¬ тяжек утверждать, что взаимодейст¬ вие в информационной платформе осуществляется по неким стандартам. Это позволяет информационной платформой считать аппаратно- программный комплекс, обеспечи¬ вающий базовый набор процедур, не¬ обходимых для осуществления изби¬ рательного поражения. Для информа¬ ционной платформы физическая платформа может рассматриваться как соответствующий аппаратный комплекс, где осуществляются тре¬ буемые при избирательном пораже¬ нии информационные процессы. Все элементы информационной платформы (а значит, и соответст¬ вующей ей физической платформы) ■ 79
по классификации являются только «дружественными» и при отсутствии эффективного радиоэлектронного противодействия находятся под пол¬ ным контролем центра управления боевой операции. Информационная платформа осуществляет информаци¬ онное взаимодействие между средст¬ вами вооружения и военной техники, входящими в состав комплекса ВТО. Эта платформа покрывает все сенсо¬ ры (датчики), все процессы обмена данными и обеспечения доступа к данным, полученным от датчиков, и всей обработанной информации, ис¬ пользуемой при планировании и осу¬ ществлении боевых операций с ис¬ пользованием ВТО. Информационная платформа представляется как организованная совокупность контролируемых про¬ цессов, обеспечивающих функциони¬ рование физической платформы при осуществлении избирательного пора¬ жения. Для физической и информацион¬ ной платформ формируется своя он¬ тология [770, 884]. Ситуация с онто¬ логией обостряется еще более с при¬ влечением компьютерных технологий (Computer Science), поскольку ком¬ пьютер «терпеть не может» неясно¬ стей и смысловой многозначности, а потом он, по своей сути, трансформи¬ рует любые действия в технологии. Такой онтологией для единого ин¬ формационного пространства высту¬ пает единая система исходных дан¬ ных, упорядоченная с помощью клас¬ сификаторов. Онтология обеспечива¬ ет единство применяемых терминов (являющихся сигнатурами для соот¬ ветствующих объектов), которые должны быть известны всем объек¬ там, в данном случае информацион¬ ной платформы, а также гарантирует возможность определять логическую связь различных терминов исполь¬ зуемых сервисов. Если использовать описание объектов соответствующи¬ ми моделями, то онтологией можно считать такое достаточное описание объектов, фиксированных своими сигнатурами, которое позволит с по¬ мощью логических средств включить их в модель, заданную набором акси¬ ом и правил вывода. В физической платформе ВТО онтология фиксирует объекты зоны боевых действий и реализуемые при избирательном поражении функции, для чего приходится дополнять ис¬ пользуемую систему понятий объек¬ тами фоноцелевой обстановки и дей¬ ствиями противника. Онтология ин¬ формационной платформы ВТО со¬ держит структурированные и упоря¬ доченные знания о соответствующих функциям физической платформы процессах и задачах, включая данные о реальной обстановке, а также о по¬ мехах и «боеприпасах» информаци¬ онного оружия. Описанные с помощью логиче¬ ских и формализованных средств физическая и информационная платформы выступают как онтоло¬ гии при планировании и осуществ¬ лении огневых и информационных процедур, поддерживающих приме¬ нение ВТО. Применительно к ВТО онтологии вводятся при моделиро¬ вании сценариев боевого примене¬ ния.
Разумеется, что для разработчи¬ ков ВТО эти онтологии стыкуются (соотносятся) со стадиями функцио¬ нирования системы самонаведения, где анализ самих процедур самонаве¬ дения есть неразрывная часть основ¬ ных стадий разработки и осуществле¬ ния (обеспечение стыка между анали¬ тическим и проектным моделирова¬ нием) боевых операций с применени¬ ем ВТО. Онтология должна обеспечивать предсказуемость поведения (функ¬ ционирования) тех объектов, для ко¬ торых она формирует систему поня¬ тий. Считается, что для комплекса ВТО эта предсказуемость гарантиру¬ ется знанием координатных и некоор¬ динатных характеристик всех объек¬ тов зоны боевых действий. В рамках тех задач, решение которых «по на¬ значению» возлагается на тот или иной объект, все его поведение долж¬ но быть предсказуемо. Эта предска¬ зуемость не исключает задание и оп¬ ределение тех ситуаций, которые для данного объекта становятся непред¬ сказуемыми (неожиданными). В от¬ ношении боевой обстановки такая не¬ предсказуемость уже была зафикси¬ рована введением понятий непредска¬ зуемых целей, целей-акторов и целей- артефактов. Т.е., исходя из логики и сути определения ВТО, следует ожи¬ дать сбои в функционировании ком¬ плекса, когда цели приобретают еще какой-то признак, не укладывающий¬ ся в предел «малоразмерные и высо¬ козащищенные»: они действуют вне пределов досягаемости средств ВТО, требуется для избирательного пора¬ жения большой расход боеприпасов и реальные условия боевого примене¬ ния претерпели качественно новые изменения. Несколько грубо можно заявить, что онтология того или иного объекта должна содержать понятия, позво¬ ляющие воспроизводить и анализиро¬ вать ситуации, прописанные доку¬ ментацией на него (т.е., в принципе, способные быть или стать типовыми), а также (плюс) те сущности, которые можно назвать непредсказуемыми или неожиданными. И все эти понятия для комплекса ВТО могут быть кон¬ кретизированы определенной сово¬ купностью координатных и некоор¬ динатных характеристик всех объек¬ тов зоны боевых действий. Для ком¬ плекса ВТО это наивысшая по значи¬ мости онтология зоны боевых действий. Переход непредсказуемых ситуаций и сущностей в собственно онтологические происходит при двух условиях: такие ситуации контроли¬ руемы (например, идентифицируемы данным объектом) и объект (в данном случае - комплекс ВТО) «научился» эти ситуации парировать своими эф¬ фективными действиями (в данном случае, реагировать на непредсказуе¬ мые цели). Итак, непредсказуемые ситуации в онтологии определяются интеграль¬ но такой некоординатной характери¬ стикой, как «несвойственное для нор¬ мального функционирования объекта состояние» (объект не знает, как реа¬ гировать на такие ситуации, но их уверенно выявляет). Поскольку вся непредсказуемость для комплекса ВТО проистекает от фоноцелевой об¬ становки, то еще раз уточним типоло¬
гию сущностей (т.е. онтологию) ком¬ плекса ВТО, представленную рис. 1.4. Обязательным элементом онто¬ логии для комплексов ВТО выступа¬ ют зачетные цели, в качестве которых понимаются цели, выбранные в каче¬ стве типичных (а точнее, типовых, т.е. еще и узаконенных) для осуществле¬ ния избирательного поражения с со¬ гласованным набором основных па¬ раметров. Естественно, что такие цели яв¬ ляются предсказуемыми, а если обу¬ словленными, то механизм такой обу¬ словленности также выявлен онтоло¬ гией. Онтология должна быть состав¬ лена таким образом, что реальные це¬ ли получат свое описание на основе соответствующих типовых при уточ¬ нении их характеристик (опять дейст¬ вует примат некоординатных харак¬ теристик перед координатными). Такая онтология целей должна быть дополнена «неожиданными», под статус которых попадают акторы, если только их поведение (функцио¬ нирование) резко выделяется от пове¬ дения «узаконенных». Сюда, напри¬ мер, можно отнести цели сверхманев- ренные и гиперзвуковые, летящие со скоростью более 6000 км/ч [510, 325, 597, 449, 461, 286, 609, 182, 196], сверхскоростные, изменяющие порт¬ рет, вплоть до превращения целей в невидимые, «роящиеся», т.е. рассы¬ пающиеся на совокупность с ложны¬ ми целями, а также различные сиг¬ нальные «заменители» объектов на¬ блюдения (активные помехи). Ино¬ гда такие цели вводятся в научный обиход как активные подвижные объекты [458]. Сверхзвуковые цели проявляют себя как цели-артефакты, поскольку требуется одновременно осуществлять комплексную обработ¬ ку информации и производить управление системой самонаведения, хотя сейчас активно разрабатывают¬ ся технологии, обеспечивающие ус¬ тойчивое сопровождение таких целей [471] и переводящие их в разряд це- лей-акторов. Непредсказуемость определяется только с точки зрения того комплекса ВТО, который наблюдает эту цель и использует получен¬ ную информацию для гарантированного избирательного ее поражения. Не может быть, в принципе, не¬ предсказуемых целей «вообще» - рано или поздно ситуация «образуется» (в полном соответствии с теоремой о не¬ полноте Геделя [200,413]). Непредсказуемость можно оценить и той фоноцелевой обстановкой, при которой комплекс ВТО перестает осуществлять эф¬ фективно свои функции по избирательному поражению. В рамках информационной платформы обеспечивается командование и оператив¬ ное управление комплексом ВТО и переда¬ ется замысел командующего, в том числе и через автоматизированную систему управ¬ ления войсками.
Модули комплекса ВТО Очевидно, что парирование ком¬ плексом ВТО реальных очень дина¬ мичных ситуаций в зоне боевых дей¬ ствий при, как правило, мощном ог¬ невом и радиоэлектронном противо¬ действии противника возможно только при высокой степени автоматизации практически всех совершаемых при избирательном поражении процедур. Здесь ставится во главу угла компью¬ тер и как инструмент и как средство прогрессирующего развития цифро¬ вых технологий [739, 543, 7, 513, 788] при осуществлении самонаведения (избирательного поражения), бази¬ рующегося на все возрастающем по¬ токе обрабатываемой информации. В системе самонаведения, как полно¬ стью автономной системе, вся ин¬ формационная платформа зиждется только на инфокоммуникациях. Принцип функциональной мо¬ дульности является центральным в архитектуре любых информационных систем, в том числе и информацион¬ ных платформ ВТО. Обеспечение модульности позволяет осуществить построение радиоэлектронных ин¬ формационных систем, к каковым от¬ носятся системы самонаведения, ме¬ тодом проектирования с использова¬ нием базового набора аппаратных и программных модулей, что дает воз¬ можность оптимизировать структуру и характеристики таких систем, а также усилия и ресурсы, затрачивае¬ мые при их создании. Этот принцип основан на понятии модуля - устрой¬ ства или процесса в системе, выпол¬ няющего некоторую определенную функцию (для информационной платформы - задачу или процесс), точнее, на его «обособленном» вос¬ приятии разработчиком и/или экс¬ плуатантом. Модулем для физической платформы выступают аппаратное средство, а для информационной платформы программное средство (модуль), используемые для требуе¬ мых преобразований сигнала при об¬ работке информации. Разработчики модуля должны, конечно, глубоко по¬ нимать его внутренние детали и его работу - они же его создают из ра¬ диоэлектронных элементов и компо¬ нентов или из отдельных частных ал¬ горитмов и процедур, если речь идет о программном модуле, то оснащают его программным и алгоритмическим обеспечением. Однако тот, кто ис¬ пользует этот модуль как компонент при построении более сложной сис¬ темы и ее эксплуатации, будет счи¬ тать его «черным ящиком», т.е. поль¬ зователя интересуют только входы, выходы и особенно функциональная связь выходов с входами, а не внут¬ ренняя работа модуля. Сейчас уравнивание «в правах» аппаратурных и программных реали¬ заций тех или иных систем стало об¬ щей практикой. Сегодня, анализируя системы самонаведения и РУК, стали отказываться от жесткой дихотомии: «аппаратный или программный моду¬ ли». В обиход специалистов вошли еще такие «модульные» понятия как информационный и функциональный
модули [243]. Для описания процес¬ сов также применимо модельное представление, после чего эти модели становятся объектами моделецент- ричного проектирования системы. Пользователя даже не интересует - это аппаратура или некоторая про¬ грамма в радиоэлектронной системе (чаще всего в процессоре или микро¬ процессоре), что и нашло свое отра¬ жение в понятии модуля. Соответст¬ венно, при задании (выборе) моделей для модулей должна быть принята во внимание возможность их компози¬ ции в более крупные модули, вплоть до целой системы, модель которой таким образом и сформируется. Специализация, значит, и различия в дея¬ тельности разработчиков модулей и их пользователей (последние могут быть так¬ же разработчиками, но другого более вы¬ сокого уровня иерархии, где модули ниж¬ них уровней выступают как новые компо¬ ненты) также характеризует реалии в труде инженера, которые должны учитываться при описании и исследовании систем, а также при разработке технологий создания и эксплуатации. Функциональная модульность непосредственно приводит к иерархии вложенных (агрегированных) модулей. Информационная платформа получа¬ ется сформированной как взаимосвя¬ занная совокупность модулей некото¬ рого высокого уровня и, возможно, некоторого числа дополнительных простых модулей, необходимых для обеспечения указанных взаимосвязей и выполнения дополнительных, про¬ стых для данного уровня процессов. С позиций некоторого высокого уровня каждый его модуль есть черный ящик, но он же (модуль) на более низком уровне становится системой, т.е. сово¬ купностью взаимосвязанных модулей этого более низкого уровня. Получение информации о фоноцелевой об¬ становке зависит от объектов (прежде все¬ го, целей), находящихся вне информацион¬ ной платформы, поскольку фоноцелевая обстановка по своей сути не может быть никак контролируема комплексом ВТО - он только может предоставить для осуще¬ ствления процесса получения информации соответствующие информационные сред¬ ства (логические станции). Информационная структура, об¬ служивающая такой не контролируе¬ мый данной информационной плат¬ формой процесс получения информа¬ ции, носит специальное название ин¬ формационного канала. Технология открытых систем ДЛЯ КОМПЛЕКСА ВТО В теории информационных систем ся типовыми (узаконенными), да еще и на предложена технология работы с модулями, достаточно длительный период времени, базирующаяся на том, что модули становят- Такая технология называется технологией
открытых систем (OS), призванная в мак¬ симальной степени использовать преиму¬ щества унификации. Узаконенность связей между модуля¬ ми формирует свойство открытости систе¬ мы (модуля), которое предполагает воз¬ можность взаимодействия пользователей или программ одной системы с пользовате¬ лями или программами других систем, как в рамках одной и той же информационной платформы, так и при взаимодействии платформ, и возможность функционального расширения или изменения платформы без изменения существующих модулей. Слож¬ ность модулей, их разнородность выделяет на первый план проблему их объединения в более крупные модули и, в конце концов, формирования информационной платфор¬ мы комплекса ВТО в целом. При отмечен¬ ном функциональном расширении естест¬ венно могут формироваться новые OS. Использование OS позволяет эффективно парировать динамическое изменение соста¬ ва объектов, входящих в сложную систему, в качестве которой может, например, высту¬ пать сетецентрическая система. При таком динамическом изменении происходит изменение состава и возможно¬ стей составляющих систему объектов, мо¬ жет наблюдаться их передислокация или появление новых элементов, изменение ус¬ ловий их функционирования и т.д. Следо¬ вание принципу функциональной модуль¬ ности, в качестве каковых выступают OS, позволяет успешно также действовать про¬ изводителям средств ВТО в условиях огра¬ ниченности ресурсов для достижения кон¬ структивности при работе в условиях ры¬ ночной экономики. Эти принципы очевидны и по от¬ дельности хорошо известны: ■ многократно использовать уже создан¬ ное аппаратное и программное обеспе¬ чение сложных радиоэлектронных сис¬ тем (т.е. соответствующие модули); ■ ориентироваться на базовые, уже имеющиеся изделия, которые, как гово¬ рят за рубежом, удовлетворяют усло¬ вию COTS (Commercial Off The Shelf - годное на продажу «с полки»), как на важнейший фактор экономии ресурсов в условиях рыночного вызова; ■ создавать основу для претворения в инженерную практику мощных эф¬ фективных организационных техно¬ логий, разрабатываемых в рамках системного инжиниринга, в том чис¬ ле и с обеспечением менеджмента ка¬ чества; ■ осуществлять разработку перспектив¬ ных планов развития тех или иных ор¬ ганизационных структур на основе формируемых номенклатурно-пара¬ метрического ряда для их продукции; ■ осуществлять достаточно длительное время политику комплаенса с пролон¬ гацией используемых онтологий; ■ увеличивать долю типовых модулей и обслуживаемых комплексом ВТО бое¬ вых ситуаций; ■ проводить жесткую политику в облас¬ ти стандартизации; ■ предпринимать все усилия, чтобы со¬ кращать цикл создания изделий. Архитектура OS соответствующей информационной платформы, есть структу¬ ра и принципы взаимодействия модулей, базирующиеся на стандартах интерфейса OS. Модули в этих стандартах представля¬ ются состоящими из программного ядра и оболочки (рис. 1.6). Открытость для OS проявляется, таким образом, в организации взаимодействия программных ядер через стандартные (точнее, типовые) интерфейсы и протоколы. В результате образуется среда OS, ко¬ торую поддерживают информационные стандартные технологии, базирующиеся на соответствующих программных и аппарат¬ ных средствах, сетях связи, интерфейсах, протоколах, форматах. Стандарты интер¬ фейса OS ясно и полно поддерживают взаимодействие, переносимость и масшта¬ бирование приложений и данных. 85
Стандартные интерфейсы Рисунок 1.6 Принцип взаимодействия модулей OS пример OS-развития технологий создания системы. Самой консервативной для такого раз¬ вития выступает онтология - она, конечно, также изменяется, но медленно. Не случай¬ но для инженеров с успехом успевают на достаточно длительный период ввести в обиход стандартизованные понятия, терми¬ ны и определения. Миссия задает структуру функционирования системы, которая также достаточно консервативна, потому что в развитии любой системы преобладает экс¬ тенсивный путь развития. А скрипты, нако¬ нец, более подвержены изменениям в ходе экстенсивного развития системы - именно их изменения и обеспечивают OS-развитие функциональных возможностей. Наступле¬ ние интенсивного пути развития в той или иной степени затрагивает и ломает онтоло¬ гию и миссию. Наверное понятно, что разработка и созда¬ ние информационных платформ по техно¬ логии OS нацеливает участников не столь- Стандарт интерфейса OS - ключевая архитектурная характеристика для техноло¬ гий OS, используемых при формировании информационной платформы комплекса ВТО. Поскольку интерфейс определяет взаимодействие модуля того или иного уровня с другими модулями, то именно он выступает как механизм превращения соот¬ ветствующего объекта в типовой, дейст¬ вующий в рамках организуемого для всей системы в целом комплаенса. OS-подход важен еще и тем, что с по¬ мощью него намечается и реализуется эф¬ фективный путь развития системы. То, что здесь называлось стандартами и профилем, представляет «консервативную» часть сис¬ темы. Она в процессе развития остается в том или ином смысле неизменной в течение длительного времени. OS-развитие проис¬ ходит «быстрой» заменой «динамической» части системы на новые узлы и блоки ее структуры, которая, как уже отмечалось, изменяется гораздо медленнее. Кстати, он¬ тологии, миссии и скрипты представляют
ко на конечную цель, сколько на вклинива¬ ние этой платформы в разнообразные про¬ цессы эволюции информационной среды, соответствующей театру военных дейст¬ вий. Сами OS представляют определенное звено в этом процессе. Соответственно, информационная платформа комплекса ВТО должна быть защищена для того, чтобы реализовать боевую мощь в условиях активного воз¬ действия противника. Развертывание ин¬ формационной платформы направлено на поддержание на требуемом уровне боеспо¬ собности сил и средств комплекса ВТО, функционирующих в соответствующей фи¬ зической платформы и на объединение всех информационных средств для эффективно¬ го функционирования оружия ВТО. Итак, введена следующая совокупность понятий - комплекс ВТО, объединяющий в своем составе боевые и информационные средства, входящие в состав РУК, и системы самонаведения, размещенной на ракете, в ко¬ тором выделяются две платформы (физиче¬ ская и информационная). РУК функционирует, как одна из сторон ду¬ эльного конфликта, в пространстве (внеш¬ ней среде), где находятся цели и сопутст¬ вующая им фоноцелевая обстановка, вклю¬ чающая средства огневого и радиоэлектрон¬ ного противодействия (рис. 1.4-1.5). Сейчас третьим компонентом информационной системы выступают данные, которые счи¬ таются важнейшим компонентом любой функционирующей информационной сис¬ темы, составляя нередко ее наиболее цен¬ ную, в том числе, и в прямом стоимостном смысле часть. В комплексе ВТО, исполь¬ зующем некоординатную информацию об объектах фоноцелевой обстановки, роль и стоимость компоненты данных много¬ кратно возрастает. ВТО КАК СРЕДСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ Боевые возможности ВТО на¬ прямую определяются высокоточны¬ ми средствами поражения видов (ро¬ дов войск), согласованное примене¬ ние которых обеспечивает поражение выделенной группы объектов (целей) с заданной точностью и избиратель¬ ностью удара. При создании совре¬ менных комплексов ВТО требуется привлекать практически все достиже¬ ния обслуживаемых военно-промыш¬ ленный комплекс прикладных наук, воплощенные в соответствующие технологии. Но, конечно же, наи¬ больший прорыв в деле повышения эффективности ВТО обеспечивается информационными технологиями. Основные угрозы безопасности Российской Федерации в военно-технической сфере [253] ■ Создание полноценной системы ПРО США. ■ Принятие до 2025 г. на вооруже¬ ние армии США гиперзвукового ВТО. ■ Создание странами НАТО тех¬ нологий высокоскоростного ки¬ нетического ВТО, мощных ла¬ зерных комплексов, высокоточ-
ных бортовых систем управления средствами поражения, комби¬ нированных систем наведения ВТО, высокоточных бесплат- форменных инерциально-навига- ционных систем, новых взрывча¬ тых веществ и др. Интенсивное развитие в ведущих зарубежных странах космиче¬ ских технологий, в том числе на ■ основе мини-, наноспутников различного функционального на¬ значения (боевых, разведыва¬ тельных, радиоэлектронного по¬ давления). Расширение масштабов против Российской Федерации сил и средств информационных войн, использование сил и средств ки¬ беропераций, создание и внедре¬ ние в вооружение и военную тех¬ нику технологий шестого техно¬ логического уклада [558, 524]. Разработка технических решений на основе нанотехнологий (тех¬ нологии создания альтернатив¬ ных источников энергии и др.), биотехнологий (химические и информационные технологии, технологии робототехники, ген¬ но-инженерные методы и др.), информационных и когнитивных технологий (технологии «биоло¬ гической элементной базы», ре¬ шения слабо формализованных творческих задач) позволит пе¬ рейти к созданию полностью ин¬ теллектуальных образцов воору¬ жения и военной техники, реали¬ зовать ранее недостижимые так¬ тико-технические характеристи¬ ки и реализовать концепцию ведения «знание-центрической» войны. ■ Переход к провоцированию принципиально новых видов во¬ енных конфликтов, например от межгосударственных к «нерегу¬ лярным военным действиям» (термин современной военной доктрины ВВС США). Создание и фактическое замеще¬ ние традиционных систем воо¬ ружений беспилотными лета¬ тельными аппаратами различно¬ го назначения, наземными и морскими робототехническими комплексами, разработанными на основе технологий принципи¬ ально новых автономных источ¬ ников энергообеспечения, искус¬ ственного интеллекта и способ¬ ных самостоятельно решать бое¬ вые задачи в любой обстановке. Если говорить в целом - за всем этим стоит стремление ведущих зарубежных стран, прежде всего США, реализовать концеп¬ цию «технологической войны», т.е. достичь технологического превосходства над лю¬ бым вероятным противником за счет соз¬ дания образцов вооружения и военной тех¬ ники, основанных, в том числе, на новых физических принципах. Уже заявлялось здесь о требова¬ нии для ВТО стать универсальным по целям, а также подчеркивалась воз¬ растающая роль в военном противо¬ стоянии гиперзвукового ракетного оружия ВТО. Дуэльная ситуация для боевого конфликта постоянно «под¬ брасывает» на поле боя все новые классы целей (поскольку они новые, I т ss v
то чаще всего это непредсказуемые цели, цели-акторы и цели-артефакты), требующие кардинально менять и на¬ ращивать структуру и характеристики информационной и физической плат¬ форм комплексов ВТО и, главным об¬ разом, изменять структуру и характе¬ ристики средств поражения. Причем такие вызовы совершаются даже в рамках только одного класса целей. Так, например, в связи с боевым со¬ вершенствованием самолета появи¬ лось понятие его сверхманевренно¬ сти. Использование органов непо¬ средственного управления позволяет сверхманевренным воздушным целям и ракете комплекса ВТО практически скачкообразно изменять свое положе¬ ние в пространстве при сохранении прежнего направления продольной и поперечной осей. Сверхманевренные воздушные цели и ракеты комплекса ВТО также могут изменять положение своих осей в пространстве, не меняя на¬ правление полета. Большое значение ускорений и их производных предъ¬ являют более жесткие требования к точности и устойчивости функциони¬ рования соответствующих информа¬ ционных средств на борту цели- актора и ракеты комплекса ВТО. Способность целей изменять угловое по¬ ложение в пространстве без изменения на¬ правления полета позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на манев¬ рирование в заданную область, что значи¬ тельно расширяет тактические возможно- сти воздушных целей и ракет. Они на дол¬ гое время для РУК и систем самонаведения остаются целями-артефактами [600]. С точки зрения задач избиратель¬ ного поражения, сверхманевренные цели - это объекты зоны боевых дей¬ ствий, для которых точность внешнего целеуказания принципиально недоста¬ точна. За такими целями должны сле¬ дить только сами системы самонаве¬ дения опять же сверхманевренных ра¬ кет. Иногда в этом контексте заявляют об интенсивно маневрирующих целях [592, 304, 590, 609,311]. Пока сверхманевренные цели для комплекса ВТО выступают как не¬ предсказуемые (цели-акторы). Неко¬ торые маневры цели могут превращать ее в цель-артефакт. Это происходит, например, в тех случаях, когда дина¬ мичность ракеты уступает динамично¬ сти цели. Все чаще говорят о необхо¬ димости реализации системами само¬ наведения функции обнаружения вне¬ запно появляющихся целей. «Анало¬ гом» динамичных воздушных целей можно считать появившиеся недавно сверхскоростные наземные цели, а также интенсивно маневрирующие одиночные и групповые цели. Свою особенность, как новый тип летательного аппарата (цели и/или носителя РУК и/или ракетонос¬ ца), проявляют и летящие на предель¬ но малых высотах экранопланы. Применительно к ВТО экрано¬ планы призваны стать качественно но¬ выми типами РУК, способными обес¬ печивать избирательное поражение широкого класса целей - надводных, наземных и воздушных [50, 49, 51, 56, 57, 107]. Возможность размещения на экраноплане широкой номенклатуры различного оружия, включая ракеты, торпеды, морские мины, беспилотные
летательные аппараты и безэкипажные катера различных типов, а также большого разнообразия грузов, техни¬ ки воинских подразделений делает их универсальными и создает возмож¬ ность на их основе создавать новый род сил ВМФ России. Рассматривая такие динамичные цели, можно выявить многочислен¬ ные сложные и зачастую противоре¬ чивые требования к РУК и системам самонаведения ВТО, а также к фор¬ мируемым соответствующим инфор¬ мационным и физическим платфор¬ мам. Вызвано это постоянным услож¬ нением задач, которые должны ре¬ шать эти системы. Возникает доволь¬ но интересная задача выбора динамики полета воздушной цели и ракеты с учетом реализуемой дина¬ мичности физической и информаци¬ онной платформ. Такая задача рас¬ сматривается в рамках логистики комплекса ВТО. Отдельным классом (типом) це¬ лей стали рассматриваться и гипер- звуковые летательные аппараты (в основном беспилотные), что обуслов¬ лено следующими особенностями их применения (множества динамичных и гиперзвуковых целей в значитель¬ ной мере пересекаются): ■ сложный непредсказуемый ха¬ рактер траекторий, в законе из¬ менения которых содержатся вы¬ сокие производные разных зна¬ ков, что существенно усложняет процедуры обнаружения, сопро¬ вождения и перехвата; ■ большой разброс высоты (до де¬ сятков километров) и скорости вплоть до околокосмических; ■ особые условия функционирова¬ ния расположенных на таких ап¬ паратах систем самонаведения, поскольку при гиперзвуковом движении цели в атмосфере об¬ разуется оболочка из ионизиро¬ ванного газа, обладающего плазменными свойствами, что затрудняет прохождение радио¬ волн через эту оболочку и кар¬ динально изменяет некоординат¬ ные (некинематические) харак¬ теристики цели; ■ невозможность эффективного перехвата на основе существую¬ щих классических методов наве¬ дения и самонаведения, а также алгоритмов их информационного обеспечения (т.е. цель выступает как непредсказуемая); ■ широкий диапазон реализуемых перегрузок, что делает пробле¬ матичным использование пило¬ тируемых перехватчиков; ■ разнообразие вариантов приме¬ нения. Обзор характеристик спроекти¬ рованных типов гиперзвуковых це¬ лей позволяет считать, что разраба¬ тываемые гиперзвуковые аппараты будут обладать скоростью около 3.5...4.0 км/с (число Маха 10... 12) и совершать полеты в диапазоне высот 30... 100 км. Имеются данные, что для ряда летательных аппаратов зна¬ чения скорости могут достигать до 20 Махов. Неэффективность перехвата ги¬ перзвуковых целей существующими системами ВТО воздушного базиро¬ вания обусловлена следующими при¬ чинами:
■ несоответствие динамических свойств самолетов-перехватчи- ков, ракет и целей; ■ несоответствие расчетных значе¬ ний углов упреждения и прома¬ хов, полученных по канониче¬ ским правилам, реальным усло¬ виям применения; ■ теория систем ВТО пока не обосновала технологии избира¬ тельного поражения подобных целей; ■ отсутствие учета инерционности ракетных средств поражения; ■ невозможность реализации тре¬ буемых дальностей целеуказа¬ ния и команд радиокоррекции существующими перехватчика¬ ми; ■ низкая скрытность процедур на¬ ведения; ■ малый сектор обзора информа¬ ционных систем в вертикальной плоскости; ■ ограничение перехвата передней полусферой. А слабо наблюдаемые цели (прежде всего, из-за широкого приме¬ нения технологии снижения радиоло¬ кационной заметности Stealth [16], а также метаматериалов) вызвали це¬ лую революцию в создании для них физических платформ с новыми сред¬ ствами огневого противодействия. Информационный канал комплекса ВТО Если следовать логике, что при исследовании комплекса ВТО нужно из окружающего мира учитывать все влияющее на осуществление гаран¬ тированного избирательного пора¬ жения цели, то при анализе функ¬ циональных (а значит, боевых) воз¬ можностей комплекса ВТО никак нельзя обойтись без рассмотрения самих целей, а тем более средств ог¬ невого и радиоэлектронного проти¬ водействия противника. Это связано с тем, что тактика избирательного поражения цели в значительной мере зависит от особенностей (обуслов¬ ленности) самой цели, окружающей среды, района применения и уж, ко¬ нечно же, от действий средств ра¬ диоэлектронного и огневого проти¬ водействия. Такое положение еще более усу¬ губляется, когда резко возрастает ди¬ намичность всех участников кон¬ фликта, противостоящих в той или иной дуэльной ситуации. Обычно считают, что действия противоборст¬ вующей стороны учитываются введе¬ нием соответствующей неопределен¬ ности, описываемой чаще всего ста¬ тистическими, вероятностными или размытыми (нечеткими) математиче¬ скими структурами (см. рис. 1.1). К нечетким структурам примыкают ква- зидетерминистские методы интер¬ вального анализа и теории выбросов. Но, чтобы задаться количественными характеристиками подобной неопре¬ деленности, все равно нужно много знать о поражаемой выбранной цели, условиях ее нахождения и функцио¬ 91
нирования, о трассе и условиях поле¬ та ракеты и о прикрывающих ее сред¬ ствах противодействия. Обусловленная цель (актор) должна пере¬ стать быть «априорным артефактом» и да¬ же такое «неопределенное» описание про¬ цесса подготовки и применения ВТО тре¬ бует вполне определенных знаний о пора¬ жаемых целях, условий боевой работы и районе применения. В этом случае при исследовании комплекса ВТО, действующего в ус¬ ловиях неопределенности и конфлик¬ та, специально используют понятие информационного канала. Информационный канал формируется для описания функционирования исследуемой системы, отображая все объекты внешнего мира, а также связи между ними и иссле¬ дуемой системой, влияющие на характери¬ стики и возможности функционирования этой системы. В информационный канал связи относят все, что связывает между собой источник информации и при¬ емник (пользователя). В состав ин¬ формационного канала входит спе¬ циально организуемая информацион¬ ная платформа комплекса ВТО и те объекты фоноцелевой обстановки (противника и «нейтральные», см. рис. 1.4), которые влияют на процес¬ сы информационного обмена внутри информационной (инфокоммуникаци- онной) платформы. Объекты инфор¬ мационного канала, следовательно, есть уточненная онтология при рас¬ смотрении информационного обеспе¬ чения боевого использования ВТО. Вообще говоря, в качестве объектов указанной онтологии выступают не сами объекты, а их модели, в том смысле, как мы уже заменяли реаль¬ ные цели на наблюдаемые. Для информационного канала можно также выделить аппаратурно¬ физическую структурную состав¬ ляющую - некую физическую плат¬ форму для информационного канала. Здесь важно специально выявить «внешние» для комплекса ВТО объ¬ екты, в нашем случае, система управ¬ ления боевой операцией и фоноцеле¬ вая обстановка. Проблема перехода от информа¬ ционной платформы к описанию ин¬ формационного канала особенно ост¬ ро стоит для интеллектуальных сис¬ тем самонаведения ВТО. Здесь в структуру информационной платфор¬ мы системы самонаведения, и осо¬ бенно РУК, приходится включать две новые подсистемы (программные яд¬ ра): моделирование окружающей фо¬ ноцелевой обстановки и сопряжение с фоноцелевой обстановкой физиче¬ ской платформы ВТО. Технология подготовки избирательного пораже¬ ния и его осуществления также зна¬ чительно изменяется. Подсистема со¬ пряжения с фоноцелевой обстановкой необходима для получения постоян¬ ного потока данных от разнообразных источников, начиная со стадии поста¬ новки задачи по избирательному по¬ ражению и подготовки соответст¬ вующих полетных заданий, а подсис¬ тема моделирования окружающей фоноцелевой обстановки - для моде¬ лирования потока данных на всех
этапах осуществления боевого при¬ менения ВТО, нацеленных на осуще¬ ствление избирательного поражения. Иначе говоря, подсистема моде¬ лирования окружающей обстановки предсказывает поведение и характе¬ ристики «неуправляемых» объектов информационного канала и включает сформированные образы таких объек¬ тов в структуру информационной платформы комплекса ВТО, а подсис¬ тема сопряжения - корректирует эти образы. В «традиционных» РУК и системах самонаведения эти подсис¬ темы задействовались только на эта¬ пах подготовки стрельбы, в интеллек¬ туальных - практически на всех ста¬ диях избирательного поражения. В литературе насчет выявления информационного канала существуют некоторые разночтения. Такая диффе¬ ренциация каналов объясняется тем, что состав и поведение не входящих в информационную платформу элемен¬ тов информационного канала в значи¬ тельной степени зависят от реализуе¬ мых функций и задействованных в на¬ стоящий момент сигналов, а, кроме то¬ го, сигналы и функции, как правило, взаимообусловлены. Но такой вопрос о выборе каналов абсолютно не прин¬ ципиален и является банальным пред¬ метом договоренностей. Важно отметить, что онтология должна быть настолько полной, что¬ бы в рамках информационного канала полностью обеспечить оценку приме¬ нимости создаваемого боевого сред¬ ства, под которой понимается при¬ способленность к боевому примене¬ нию в различных условиях, опреде¬ ляемых временем суток, физико¬ географическими, климатическими и погодными факторами, эксплуатаци¬ онно-техническими характеристика¬ ми, а также приспособленностью к условиям базирования и различным видам обеспечения. Применительно к проблематике систем самонаведения - основного объекта рассмотрения, соответст¬ вующий информационный канал на¬ зывают радиолокационным каналом. Структура основных понятий, изображенная на рис. 1.4, уже задает определенную основу для информаци¬ онного канала системы самонаведе¬ ния. Любое уточнение, правильнее, дифференциация понятий, используе¬ мых при описании, анализе и синтезе системы самонаведения, сказывается на представлении этого информацион¬ ного канала, вводя соответствующие объекты структуры и связи. Без анализа соответствующего информационного канала невозможно оценить эффективность не только системы самонаведения, но и ВТО, для чего исследователями и разработ¬ чиками формируется соответствую¬ щая имитационная модель информа¬ ционного канала ВТО, восприимчивая к информационному пополнению ре¬ зультатами специально организуемых испытаний и реальных пусков ВТО. Особое внимание при таком пополне¬ нии уделяется накоплению информа¬ ции об объектах противника и «ней¬ тральных» объектах. Если информа¬ ционная платформа, в принципе, до¬ пускает полную компьютерную ими¬ тацию, то такая имитация для информационного канала уже требует обязательной организации и проведе¬
ния реальных или стендовых экспе¬ риментов с участием «неконтроли¬ руемых» в рамках информационной платформы объектов. Итак, при организации и осуществлении избирательного поражения в информа¬ ционном плане РУК и система самонаве¬ дения объединяются с целями, возму¬ щающими воздействиями и средствами противодействия (входящими в состав фоноцелевой обстановки) в структуре со¬ ответствующего информационного канала ВТО. Средства поражения В СТРУКТУРЕ КОМПЛЕКСА ВТО И все-таки, как бы не превозно¬ силась роль средств информационного обеспечения ВТО в структуре соответ¬ ствующего комплекса, определяющим для его характеристики выступает как раз вид используемых средств пора¬ жения. Отсюда проистекает направле¬ ние формирования соответствующих «видовых» понятий, производных от ВТО, например высокоточное ракет¬ ное оружие (высокоточные ракеты), являющееся основным и единствен¬ ным объектом рассмотрения в этой книге. Из средств поражения, как пра¬ вило, формируется боевой наряд средств поражения. Большое внимание уделяется также созданию современ¬ ных средств воспрещения доступа в районы проведения операций или ог¬ раничения свободы действия в них. Появление ВТО, точнее, высокоточных ра¬ кет, непосредственно повлияло на характер проводимых сегодня боевых операций и войн [251]. По оценкам военных специали¬ стов сейчас наступил период войн шестого поколения, основанный на использовании высокоточного удар¬ ного и оборонительного оружия раз¬ личного базирования обычного типа, оружия на новых физических прин¬ ципах, информационного оружия, не¬ летального оружия, робототехниче¬ ских средств, изощренных сил и средств радиоэлектронной борьбы [756, 841, 883]. Целью таких войн яв¬ ляется разгром бесконтактным спосо¬ бом экономического потенциала лю¬ бого государства на любом удалении. Предшествующее поколение войн ориентировалось на бесконтакт¬ ную ядерную войну, эра которых фактически завершилась, когда вос¬ торжествовала позиция, что в резуль¬ тате ядерных войн никакие реальные цели не достигаются, поскольку сто¬ рона, применившая ядерное оружие первой, также погибает, хотя и не¬ сколько позднее второй. Это обстоя¬ тельство ни в коей мере не исключает обладание ядерным оружием, как мощного сдерживающего фактора для потенциального агрессора (ядерного сдерживания). Возвращаясь к мифо¬ логии древних греков, хочется упомя¬ нуть еще и о Геракле, который все
свои подвиги совершал благодаря своей огромной физической силе «го¬ лыми руками», но у него к поясу на всякий случай всегда была прикреп¬ лена тяжелая палица [166]. Сегодня развитие ведущих стран опреде¬ ляет шестой технологический уклад. Его локомотивные отрасли связаны с биотех¬ нологией и генной инженерией, интеллек¬ туальными информационными техноло¬ гиями и сетями, новым природопользова¬ нием, полномасштабными технологиями виртуальной реальности, робототехникой, высокими гуманитарными технологиями, сверхпроводниками и экологически чис¬ той энергетикой, нанотехнологиями, мем¬ бранными и квантовыми технологиями, фотоникой, микромеханикой, термоядер¬ ной энергетикой. В военной области к традицион¬ ным театрам военных действий, где уже начинают действовать роботы, добавились информационное про¬ странство и, отчасти, космос. Вероят¬ но, основными сферами противобор¬ ства в ходе развития этого уклада станет сознание и нанопространство. Отдельные авторы говорят о но¬ вой сфере вооруженной борьбы - ин¬ формационной, о психотронном воз¬ действии, а вооруженную борьбу, как разрушение и захват различных видов материальных ресурсов, называют вульгарным милитаризмом. Основными компонентами ин¬ формационного противостояния вы¬ ступают такие операции как радио¬ техническая разведка (будем исполь¬ зовать понятия радиотехнической и радиоэлектронной разведок как сино¬ нимы), радиоэлектронная борьба (РЭБ), огневое поражение, введение в заблуждение, психологическое воз¬ действие и сетевые операции. Функ¬ ции радиотехнической разведки и РЭБ выполняют также соответст¬ вующие каналы в РУК и системах са¬ монаведения. Отсюда явно вновь видна роль ВТО при информацион¬ ном противостоянии. Получается, что ВТО - это еще и оружие информационного противостояния и информационных войн, поскольку с помощью ВТО обеспечивается проведение важных информационных опе¬ раций: радиоэлектронной борьбы, сетевых операций, мероприятий оперативной мас¬ кировки, операций по защите своих систем, контрразведки, физического уничтожения критически важных информационных структур противника. Национальная стратегия РФ состоит в том, чтобы сохранить стратегический ядерный потенциал сдерживания и остаться великой державой. Текущая и грядущая обстановка диктуют, что для обеспечения своей на¬ циональной безопасности мы должны быть способны создать угрозу нанесения непри¬ емлемого ущерба любому потенциальному агрессору неядерным оружием. Очевидно, что основу такого оружия составляет ВТО [840]. На вооружении армий РФ и стран НАТО находится ВТО с весьма широкой номенклатурой боеприпа¬ сов. Наличие разнообразных типов боеприпасов обусловлено многообра¬ зием целей и условий их поражения. Знание особенностей поражающего действия различных боеприпасов не¬ обходимо для их рационального при¬
менения в огневом поражении, для оценки ожидаемого противодействия противника и разработки мер по со¬ хранению боеспособности своих войск. Конструктивно поражающий боеприпас размещается в голове раке¬ ты, а потому он, как правило, олице¬ творяется с ее головной частью. В го¬ ловной части ракеты специально вы¬ деляют ее боевую часть, тем более, что ее обычно транспортируют до средства ВТО отдельно от ракеты. В зависимости от используемого пора¬ жающего элемента различают специ¬ альную и обычную боевые части. Обычная боевая часть может быть фугасной, кассетной, прони¬ кающей, контейнерной и т.п. По¬ скольку поражающее действие специ¬ альной и обычной боевых частей раз¬ личается, различаются и требования к точности приведения в точку прице¬ ливания и обеспечению взаимной безопасности ракет. Важнейшей ха¬ рактеристикой боевой части является радиус зоны поражения, который за¬ висит от вида боевого заряда, типа цели и поставленной задачи. При рас¬ смотрении систем самонаведения можно считать понятия боевой части, боеприпаса, боезапаса как синонимы. Структура боевой части задается ее боевым снаряжением Соответственно, кассетная боевая часть - боевая часть, в качестве боевого снаряжения которой используются боевые эле¬ менты (суббоеприпасы) различного назначения (самонаводящиеся, само- прицеливающиеся, неуправляемые). Кассетная боевая часть раскрывается в заданной точке траектории полета, выбрасывая боевые элементы. Кон¬ тейнерная боевая часть носит свое специфическое название из-за нахо¬ дящегося в ее составе контейнера, со¬ держащего объемно-детонирующую смесь, которая вблизи цели сначала распыляется, а потом воспламеняется с помощью специального запала. Сегодня наведение и самонаве¬ дение «продолжается» и у суббое¬ припасов (боевых элементов), о чем говорит их классификация на не¬ управляемые, самонаводящиеся и корректируемые. Самонаводящиеся и корректируемые суббоеприпасы пре¬ вращают цели в обусловленные групповые цели. Корректируемые боевые элементы могут изменять траекторию снижения в достаточно узком диапазоне углов и направле¬ ний полета, а поражение объектов противника происходит при прямом попадании в них. Самонаводящийся боевой эле¬ мент оснащается следящим или фик¬ сированным координатором, пред¬ назначенным для измерения пара¬ метров рассогласования системы ра¬ кета-цель и их устранения в соответ¬ ствии с выбранным методом (законом) наведения посредством обратной связи, замыкаемой через измерители пространственного по¬ ложения и движения на блок форми¬ рования управляющих сигналов, по¬ даваемых в свою очередь на рулевые приводы [630, 631]. Система самонаведения эле¬ мента (суббоеприпаса) обеспечивает поиск, обнаружение, распознавание цели и наведение боевого элемента на цель. Самонаводящиеся боевые элементы могут изменять траекто¬
рию снижения в широком диапазоне углов и направлений полета, а пора¬ жение объектов противника проис¬ ходит дистанционно или при прямом попадании в них. Самонаводящиеся боевые эле¬ менты оснащены активными или пас¬ сивными датчиками обнаружения и определения с заданной точностью направления на цель по ее сигнатуре (например, по собственному или от¬ раженному излучению в оптическом или радиолокационном диапазонах), а также устройствами, обеспечиваю¬ щими стабилизацию, ориентацию и сканирование указанными датчиками подстилающей поверхности по опре¬ деленному профилю (спираль, «улит¬ ка Паскаля», змейка). Контроверзой кассетной боевой части выступает моноблочная боевая часть. Сегодня все чаще стали заявлять об осуще¬ ствлении комбинированного поражения, когда одновременно воздействуют на чело¬ века, военную технику, сооружения и ма¬ териальные средства несколько поражаю¬ щих факторов взрыва боеприпаса. Нетрадиционные виды ВТО В последние годы в США разра¬ батывается кинетическое оружие. Ки¬ нетическое оружие формирует пора¬ жающее действие на использовании кинетической энергии высокоскоро¬ стных (свыше 2,5 км/с) поражающих элементов, для разгона которых ис¬ пользуются электро-термохимиче- ские, электродинамические и другие способы придания скорости. Такое оружие обеспечивает существенное преимущество (малое подлетное вре¬ мя до цели, высокая поражающая способность высокоскоростных по¬ ражающих элементов, расширенные возможности на поражение критич¬ ных по времени мобильных целей и высокозащищенных стационарных целей). Поскольку у такого оружия нет боевой части, то оно поистине из¬ бирательно поражает только заданные цели, не затрагивая, например, свои ракеты и ракетоносцы, находящиеся вблизи цели. Понятно, что кинетиче¬ ское оружие требует высокоточных систем самонаведения. На этом пути создаются качест¬ венно новые артиллерийские систе¬ мы, которые характеризуются значи¬ тельными дальностями стрельбы, превышающими максимальные дальности стрельбы управляемыми активно-реактивными боеприпасами современных и перспективных ар¬ тиллерийских установок ВТО [762, 860]. Здесь основные трудности по сопряжению кинетического оружия с самонаводящимися боеприпасами ВТО состоят в потребной большой энергии и массы, которую на борту ракеты обеспечить пока затрудни¬ тельно. Кинетическое оружие чаще все¬ го относят к нетрадиционным видам вооружения, куда относятся принци¬ пиально новые виды вооружения, во¬
енной и специальной техники, созда¬ ваемые на основе ранее не использо¬ вавшихся физических, химических, биологических и других явлений и процессов. Самыми разработанными видами нетрадиционных видов воо¬ ружения являются оружие направ¬ ленной энергии и оружие нелеталь¬ ного действия. Иногда сюда вклю¬ чают еще и роботехнические ком¬ плексы военного назначения, но при¬ менительно к ВТО это, скорее, средства доставки и боевого обеспе¬ чения, а также кибернетические и другие радиоэлектронные ударные технологии. Поддержание электро¬ магнитного спектра в качестве ма¬ невренного пространства создает противнику сложности в наблюдении и коммуникации. Этот факт и объяс¬ няет выбор названия для трех пере¬ численных видов нетрадиционного оружия. Если во внимание принимаются только оружие направленной энергии и оружие нелетального действия, то заявляют об оружии на новых физических принципах. Оружие направленной энергии - вид оружия на новых физических принципах, поражающее действие ко¬ торого осуществляется излучаемой энергией, сконцентрированной в уз¬ ком пучке. Разрабатывается оружие локализованного или фокусированного летального действия. Кроме кинети¬ ческого оружия в этот класс относят лазерное, сверхвысокочастотное (СВЧ-оружие, электромагнитное ору¬ жие [610, 393, 667]) и ускорительное (пучковое) оружие. Применительно к ВТО основные усилия направлены на разработке технологий интеграции нетрадици¬ онных видов вооружения в состав комплексов ВТО. Такие технологии должны рассматриваться как неотъ¬ емлемая составная часть инноваци¬ онного развития средств ВТО. При¬ менительно к этим технологиям со¬ ответствующую систему самонаве¬ дения называют системой точного прицеливания, понимаемую как сис¬ тему, предназначенную для точного прицеливания лазерного, сверхвысо¬ кочастотного излучения или пучка частиц на цель в течение заданного времени. Лазерное оружие относительно недавно стало средством поражения. Его преимуществом является мини¬ мальное время реакции и высокая точность поражения целей. Работы в данной области направлены на созда¬ ние силовых лазеров на основе новых активных сред и источников накачки, источников питания, а также инфор¬ мационных систем, оптических сис¬ тем формирования и наведения ла¬ зерного излучения на цель, адаптив¬ ных зеркал, устройств охлаждения, многофункциональных оптических покрытий для коррекции волнового фронта выходного излучения. Осваи¬ ваются все новые диапазоны длин волн лазерного излучения. Лазерное оружие не является «абсолютным оружием» и в случае его применения оно должно выдерживать конкуренцию обычных видов оружия. Сегодня еще проблематично размещать его на ракетном самонаводящем- ся ВТО в качестве средства поражения.
СВЧ-оружие (электромагнитное оружие) обеспечивает поражение це¬ лей за счет воздействия электромаг¬ нитного излучения радиочастотного диапазона от чрезвычайно низких частот до сверхвысоких. За рубежом для определения такого оружия ис¬ пользуется также термин микроволно¬ вое оружие (отметим, что иногда в литературе к электромагнитному оружию относят и лазерное, и пучко¬ вое оружие, специально выделяя так¬ же класс радиочастотного оружия). Считается, что поражающим факто¬ ром микроволнового оружия является импульсное электромагнитное излу¬ чение с длиной волны от 0,1 до 10 см. Такое оружие способно функцио¬ нально поражать различные типы ра¬ диоэлектронных средств, в том числе оптикоэлектронных систем самонаве¬ дения ВТО (лазерные, тепловые и те¬ левизионные системы). СВЧ-оружие использует мощные сверхкороткие импульсы, излучаемые в направлении целей. Системы, являющиеся СВЧ-ору- жием, называют антиэлектронными системами [520]. В СВЧ-оружии в качестве источника энергии могут ис¬ пользоваться емкостные накопители и взрывомагнитные генераторы с обыч¬ ным взрывчатым веществом, а в каче¬ стве источника СВЧ излучения - ге¬ нераторы на основе сверхмощной СВЧ-электроники. Основные разрабатываемые па¬ раметры СВЧ оружия: мощность из¬ лучения 10... 100 ГВт, длина волны 0,1... 10 см, длительность импульса 5... 100 не, частота повторения 0...400 Гц. Данные параметры СВЧ- оружия могут быть получены при использовании мощных элект¬ ронных пучков. Высокая мощность излучения обеспечивает возникновение тепло¬ вого или электрического функцио¬ нального поражения полупроводни¬ ковых элементов целей. Известные данные о критериальных уровнях поражения различных видов полу¬ проводниковых элементов свиде¬ тельствуют о возможности получения этих режимов в реальном диапазоне мощностей передатчиков сверхко¬ ротких импульсов. Следует подчеркнуть, что при этом пора¬ жаются полупроводники всех типов радио¬ электронных средств, в том числе, и в ре¬ жиме молчания. Наличие сверхширокополосного спектра излучаемых сверхкоротких импульсов обеспечивает вывод из строя полупроводниковых элементов, не требуя знания параметров излу¬ чаемых сигналов. Тенденция сниже¬ ния массогабаритных показателей по¬ лупроводниковой техники, основан¬ ная на уменьшении толщины изоли¬ рующих слоев и переходов, приводит к снижению уровней функционально¬ го поражения, что делает применение режима СВЧ-оружия еще более при¬ влекательным. Сегодня задача обеспечения стойкости ра¬ боты радиоэлектронных средств в услови¬ ях мощных электромагнитных полей яв¬ ляется одной из наиболее сложных. Воз¬ действие мощных электромагнитных по¬ лей от лазерного, ионизирующего и СВЧ-
источников излучения неизбежно вызыва¬ ет нарушение функционирования радио¬ электронной аппаратуры в результате воз¬ никновения во внешних и внутренних це¬ пях радиоэлектронных средств наведен¬ ных токов и напряжений (помех), которые могут привести к локальному выделению за достаточно короткий промежуток вре¬ мени на некоторых элементах и компо¬ нентах большого количества тепла, и, как следствие, к их расплавлению и выгора¬ нию. Наиболее мощными источниками та¬ ких полей являются ядерные взрывы, ко¬ торые формируют электромагнитный им¬ пульс, очень эффективно воздействующий на любую радиоаппаратуру. Поскольку СВЧ-оружие «родст¬ венно» по используемым радиовол¬ нам системам самонаведения, что создает основу для соответствующего комбинирования радиосредств на борту РУК и/или систем самонаведе¬ ния, то нужно осознавать перспекти¬ вы от использования СВЧ-оружия. В настоящее время с применением СВЧ-оружия связывают: ■ противодействие космическим аппаратам радиоэлектронной разведки; ■ функциональное поражение РЛС систем ПРО, ПВО и др.; ■ дезорганизация систем управле¬ ния войсками, оружием, разведки и связи; ■ функциональное подавление систем разведки, связи и GPS; ■ функциональное поражение сред¬ ств вычислительной техники; ■ противоминная борьба; ■ борьба со средствами воздушно¬ го нападения; ■ индивидуальная и групповая за¬ щита средств ВТО от ракет «зем¬ ля-воздух», «воздух-воздух»; ■ защита военной техники, объек¬ тов военной и гражданской ин¬ фраструктуры от ВТО. Ускорительное (пучковое) ору¬ жие - это вид оружия направленной энергии, поражающее действие кото¬ рого основано на использовании энергии направленного пучка заря¬ женных частиц, ускоренных до око- лосветовой скорости. При этом про¬ исходит почти мгновенный перенос энергии и объемный характер воздей¬ ствия на цель, обусловленный боль¬ шой глубиной проникновения частиц [717]. Обеспечивается радиационное повреждение элементов радиоэлек¬ троники при уровнях воздействия, значительно меньших, чем для иных механизмов поражения цепи, обу¬ словленных деструкцией химических соединений с образованием актив¬ ных радикалов или свободных элект¬ ронов, что инициирует химические реакции [485]. Применение пучково¬ го оружия обеспечит эффективное поражение космических аппаратов и селекцию головных частей балли¬ стических ракет в составе сложной баллистической цели. В формирова¬ нии пучка могут использоваться такие элементарные частицы как электро¬ ны, протоны и нейтроны. При боль¬ шом их числе выделяемая за короткое время энергия теоретически достигает величины, достаточной для пораже¬ ния цели. Определение нелетального ору¬ жия базируется на противопоставле¬ нии его традиционным видам оружия.
Основные ■ отличительные возможности нелетального оружия [577,578] ■ ■ Высокая эффективность пора¬ жающих факторов при воздейст¬ вии на живую силу, вооружение и объекты инфраструктуры. ■ Способность вывода из строя объектов воздействия на время, * необходимое войскам (специаль¬ ным подразделениям) для вы¬ полнения задач в сложившейся Л обстановке. ■ Высокий уровень информацион- но-психологического воздейст¬ вия на противника. Возможность избирательного воздействия на элементы вы¬ бранных объектов. Обеспечение требуемого време¬ ни начала реализации поражаю¬ щего фактора и управление его параметрами в соответствии со сложившейся оперативно-такти¬ ческой обстановкой. Совместимость, возможность ин¬ теграции и дополнения сущест¬ вующего и перспективного ВТО. Отсутствие необходимых изме¬ нений в организационно-штат- ную структуру подразделений, включение в их состав новых во¬ енных специальностей. Средства поражения в структуре ВТО Изучение поражающего действия боеприпасов показывает, что каждый боеприпас имеет свою область при¬ менения: свои объекты поражения и условия, обеспечивающие требуемую эффективность [398]. Знание и правильный учет этих обстоя¬ тельств позволяет рационально распреде¬ лить боеприпасы различного назначения для поражения объектов противника и обеспечивает наиболее полную реализацию боевых возможностей в огневом пораже¬ нии, в том числе и высокоточном пораже¬ нии противника. Сегодня позиция в пользу форси¬ рованного создания ВТО, обеспечи¬ вающего эффективность проведения именно силовых операций, как никогда актуальна. Это связано с тем, что в ми¬ ре активно создается новое поколение оружия, которое в состоянии решать те же задачи, что и тактическое ядерное, но без ядерного заряда. Точность, ог¬ ромная скорость, специальные прони¬ кающие боезаряды, которые за счет ог¬ ромной кинетической энергии могут поражать любое убежище - ракетные шахты, штаб, центр управления. Создаются комплексы ВТО, ос¬ нащенные системами самонаведения с возможностью автономного захвата цели на траектории полета оружия и новыми боевыми частями (боеприпа¬ сами). В последние годы достаточно активно прорабатываются вопросы доразведки и контроля результатов нанесенного избирательного пораже¬ ния назначенных целей.
Наиболее общие черты ВТО, призванного быть оружием современных войн ■ Большой диапазон дальности по¬ ражения целей, от дальности прямой видимости до межконти¬ нентальной. ■ Широкая унификация оружия независимо от способа его бази¬ рования. ■ Фактическое исключение чело¬ века из процесса разведка => целеуказание => поражение. ■ Парирование вызовов средствам огневого и радиоэлектронного противодействия противника. ■ Возможность применения в сете¬ вых, гибридных и т.п. новых ви¬ дах войн. ■ Способность к быстрой модерни¬ зации и столь же быстрой смены поколений. ■ Модернизация за счет, прежде всего, функционального наращи¬ вания возможностей информаци¬ онной платформы. ■ Усиление значимости и роли не¬ летальных средств ВТО. ■ Возрастание степени автономно¬ сти функционирования. ■ Осуществление избирательного поражения. ■ Увеличение эффективности по¬ ражения целей за счет высоко¬ точной навигации и средств са¬ монаведения. Сказанное позволяет утверждать, что ши¬ рокое применение ВТО изменяет саму фи¬ лософию ведения боевых действий. В на¬ стоящее время сформировалось понятие высокоточного сражения, отражающего коренное изменение взгляда военно¬ политического руководства на способы ве¬ дения вооруженной борьбы. Суть высоко¬ точного сражения состоит в том, чтобы достигнуть задач вооруженной борьбы без масштабных разрушений инфраструкту¬ ры и серьезных людских потерь. Это результат синтеза новейших технологий, достижений в системах управления оружием, огромных объ¬ емов информации, навигационного и метеорологического обеспечения. При этом традиционного информаци¬ онного обеспечения оказывается со¬ вершенно недостаточно. Появление ВТО непосредственно сказывается на выживаемости вооружения и военной техники в период ведения боевых действий, чему способствуют такие особенности ВТО, как: ■ резкое повышение точности стрельбы и эффективности дей¬ ствия боеприпасов у цели; ■ расширение диапазона досягае¬ мости; ■ уменьшение зависимости приме¬ нения оружия от условий види¬ мости и погоды; ■ повышение устойчивости к средствам поражения; ■ повышение боеготовности; ■ разработка высокоточных бое¬ вых систем, объединяющих в се¬ бе автоматизированные средства разведки, управления и пораже¬ ния целей; ■ развитие и расширение примене¬ ния ударных дистанционно управ¬ ляемых средств. В США внедрение нового ВТО привело к сокращению сухопутных войск. Основу
вооруженных сил США составят ВМС и авиация в качестве «подносчиков боепри¬ пасов». Традиционное структурное раз¬ деление видов вооруженных сил в со¬ ответствии с действиями по сферам (земля, воздух, вода) объективно за¬ меняется действием по функциям. При этом выделяются стратегические ударные и стратегические оборони¬ тельные силы. Приоритетные направ¬ ления развития и реформирования ВС США были детализированы в 2012 г. в концептуальном документе Пента¬ гона «Удерживая глобальное амери¬ канское лидерство. Приоритеты воен¬ ного строительства в XXI в.». Отме¬ чено, что применение ВС в будущем должно характе¬ ризоваться более тесной интеграцией всех их видов, большим участием резервных компо¬ нентов, сохранением и наращиванием дости¬ жений в проведении совместных операций в едином информационном пространстве. Столь же серьезное внимание уделяется организации эффективного информационного обеспечения для действий американских войск с ак¬ тивным применением ВТО. Характерные черты применения ВС США в первой трети XXI в. ■ Тесное взаимодействие видов ВС на всех уровнях планирования военных действий и их ведения. ■ Нацеленность действий на дос¬ тижение конкретных результатов (военно-политических целей) при всестороннем учете возмож¬ ностей и последствий. ■ Масштабное использование кос¬ моса и киберпространства в ин¬ тересах группировки войск (сил), основанное на полном превос¬ ходстве американских ВС в этих сферах над любым противником. ■ Достижение взаимопонимания участниками боевых действий обстановки на всем театре воен¬ ных действий за счет формиро¬ вания единой информационно- управляющей среды. ■ Обеспечение огневой мощи и точности поражения целей фор¬ мирований любого уровня, а так¬ же мобильности модульных экс¬ педиционных формирований ВС. В стратегическом плане явно прослеживается тенденция существенного возрастания роли ВТО и снижения значения ядерного оружия. Пока речь не идет об отказе от ядерного сдерживания, но все чаще заявляется о необходимости осущест¬ вления неядерного сдерживания, в основном, за счет использования ВТО. Во всяком случае, такая задача явно присутствует в последних доку¬ ментах, определяющих военные док¬ трины нашего государства. Военная доктрина от 26 декабря 2014 г. к ос¬ новным внешним военным опасно¬ стям для нашей страны как раз отно¬ сит быстрый глобальный удар, наме¬ рение разместить оружие в космосе, развертывание стратегических не¬ ядерных систем ВТО, в также «уста¬ новление в государствах, сопредель¬ ных РФ, режимов, политика которых
угрожает интересам РФ». Впервые в этой доктрине вводится понятие «сис¬ темы неядерного сдерживания», при этом сохраняется приоритет «ядерно- го сдерживания». Вновь подтверждается готовность России применить ядерное оружие, даже если бу¬ дет совершена безъядерная агрессия про¬ тив РФ, угрожающая существованию госу¬ дарства. Структура и виды ВТО Анализ характера военных дей- ■ ствий в ходе войн и вооруженных конфликтов на рубеже XX и XXI сто- ■ летий показал, что ВТО превращается в один из решающих факторов дос¬ тижения успеха в вооруженной борь¬ бе, а для военно-политического руко¬ водства государств, обладающих им, становится дополнительным (при на¬ личии ядерного оружия) инструмен¬ том обеспечения стратегического сдерживания. ВТО, в дополнение к за¬ дачам стратегического сдерживания, может решать задачи в войнах (воору¬ женных конфликтах) любого масшта¬ ба и интенсивности при крайне низкой вероятности возникновения при этом катастрофических последствий. Структура ракетного ВТО пред¬ ставлена на рис. 1.7. Мировой рынок ■ выделен здесь как отдельный сегмент, поскольку организация экспортных поставок ВТО имеет серьезную спе¬ цифику. На этом же рисунке приведе¬ ны основные требования к комплек¬ сам ВТО. Системообразующие признаки современного ВТО ■ Масштабы решаемых задач: стратегическое, оперативно-так- ■ тическое, тактическое. Принадлежность к видам и ро¬ дам войск ВС. Тип базирования: наземное, мор¬ ское, воздушное, космическое. Тип поражаемых целей: проти¬ вотанковое, зенитное, противо¬ корабельное и др. Физическая сфера применения: земля-земля, земля-воздух, воз¬ дух-земля, воздух-воздух, море- берег, берег-море и т.п. ■ Функциональные возможности: монофункциональные, много¬ функциональные (для пораже¬ ния целей по нескольким дема¬ скирующим признакам: радио¬ излучение, теплоизлучение, ра¬ диолокационная контрастность, оптико-визуальная наблюдае¬ мость и др.). Тип системы наведения: инерци- альные, корреляционные, по данным спутниковой радионави¬ гационной системы, телевизион¬ ные, тепловизионные, лазерные, радиолокационные, комбиниро¬ ванные; дистанционно-управляе- мые; самонаводящиеся, самокор¬ ректируемые, автономные с при¬ знаками искусственного интел¬ лекта и т.п. Уровень интеллектуальности: непрограммируемые (по жестко ■МИН 104
Структура системы ВТО Рисунок 1.7 Состав ВТО и направления его развития заданной программе с управле¬ нием на конечном участке траек¬ тории), программируемые (про¬ граммируемые в общем виде с правом выбора решения самим боеприпасом на подлете в район цели). ■ Количество самонаводящихся боевых элементов: унитарные, кассетные. ■ Тип поражающей боевой части: огневое (фугасного, осколоч- но-фугасного, фугасно-кумуля¬ тивного и др. типа действия), на новых физических принципах, комбинированное и другим при¬ знакам. Классификация средств ВТО по масштабу решаемых задач ■ Стратегическое (оперативно¬ стратегическое) - ракеты боль¬ шой дальности наземного, воз¬ душного и морского базирова¬ ния. ■ Оперативное (оперативно-такти¬ ческое) - ракеты и управляемые реактивные снаряды с самонаво- дящимися и самоприцеливаю- щимися боевыми элементами, а также зенитные управляемые ра¬ кеты дальнего действия, управ¬ ляемые авиационные ракеты классов воздух-поверхность и воздух-воздух, противокора¬
бельные и противолодочные ра¬ кеты большой дальности. ■ Тактическое - управляемые реак¬ тивные снаряды с самонаводя- щимися и самоприцеливающими- ся боевыми элементами, противо¬ танковые ракетные комплексы, артиллерийские высокоточные боеприпасы, а также зенитные управляемые ракеты средней и малой дальности, управляемые авиационные ракеты классов воз¬ дух-поверхность и воздух- воздух, корректируемые авиаци¬ онные бомбы [746], противокора¬ бельные ракеты средней и малой дальности. По понятным причи¬ нам, особое внимание уделяется ВТО большой дальности. Применительно к отдельным ви¬ дам и родам войск, а также исполь¬ зуемому вооружению система клас¬ сификации ВТО дифференцируется. Например, считается, что боевые средства избирательного поражения РУК самолетов фронтовой (тактиче¬ ской) авиации включает в себя такие средства поражения как: ■ ракеты класса воздух - воздух малой, средней и большой даль¬ ности; противорадиолокационные кеты; ра- ■ противокорабельные ракеты; ■ тактические и оперативно¬ тактические ракеты класса воз¬ дух-поверхность общего назна¬ чения; ■ управляемые авиабомбы и кон¬ тейнеры. С позиций боевого применения ВТО комплекс РУК вкупе с система¬ ми самонаведения должен удовлетво¬ рять основным требованиям: ■ автономность - реализация принципа «выстрелил-забыл» с автоматическим захватом цели на траектории полета; ■ оперативность - сокращение времени от принятия решения до пуска; ■ обеспечение максимальной даль¬ ности пуска; ■ круглосуточность и всепогод- ность применения; ■ высокая точность попадания, в том числе в условиях радиоэлект¬ ронной борьбы и огневого про¬ тиводействия; ■ обеспечение возможности наве¬ дения на замаскированные и ма¬ лоразмерные цели, а также на за¬ данные элементы структурно сложных целей и в уязвимые об¬ ласти крупных целей, например, надводных кораблей. ВТО И СЕТЕЦЕНТРИЧЕСКИЕ ВОЙНЫ Качественно новое состояние ВТО должно проявлять себя в новых формах и способах ведения воору¬ женной борьбы, характеризующихся высокой маневренностью, увеличени¬ ем зон боевой ответственности. В ус¬ ловиях резкого сокращения числен¬ ности войск требуется обеспечить по¬
вышенные боевые возможности войск. Решение этих задач связано с необходимостью обеспечения кон¬ центрации имеющихся возможностей, сил и средств на основе создания в новых условиях единого сетецентри¬ ческого информационного простран¬ ства и соответственно интегрирован¬ ной системы автоматизированного управления. Сегодня в числе основных требований к пер¬ спективам развития системы вооружения ВС РФ важнейшей задачей представляется пере¬ ход от централизованного иерархического управления к сетецентрическому [252]. Концепция сетецентрической системы рассматривает представление любого вооруженного формирования в виде компьютерной сети, объединяю¬ щей элементы сбора информации (сенсоры), средства физического воз¬ действия на объекты (акторы) и интел¬ лектуальные (информационно- управляющие) элементы, реализую¬ щие функции анализа ситуации, при¬ нятия и реализации решений по управлению сенсорами и акторами [467, 29, 858]. При этом также обычно указывается, что практическая реали¬ зация концепции сетецентрических систем невозможна без эффективного решения вопросов создания ряда клю¬ чевых компонентов, одним их которых является распределенная программная среда. Эта среда должна концентриро¬ вать в себе интеллект всей системы. Достижение такого качества в распре¬ деленной системе обеспечивается за счет организации эффективной схемы взаимодействия ее элементов. Сетецентрическая война не позволяет ждать, не позволяет долго вводить исходные дан¬ ные, полученные из разных мест, не позволя¬ ет искать место, где командование сосредо¬ точивается для решения задач. Информаци¬ онные системы сетецентрической войны должны соответствовать принципу semper et ubique (от лат. Всегда и везде). Такие системы должны не только обеспечить обоснование принимае¬ мых решений, но и обладать возмож¬ ностью добычи необходимых сведе¬ ний от вновь появляющихся источни¬ ков данных, быстро интегрироваться в существующие информационные пространства, а также доводить ре¬ зультаты работы до любого места, где бы не находился комплекс ВТО. Основной объективной предпо¬ сылкой возникновения идеи сетецен¬ трических войн явилась возможность построения глобальных сетей с высо¬ кими пропускными способностями. Появилась теоретическая и практиче¬ ская возможность передавать огром¬ ные массивы данных по противнику своим силам и среде. Массированное применение ВТО позволяет перейти к одноразо¬ вому и гарантированному пораже¬ нию наиболее важных целей до вступления в бой общевойсковых группировок. Резко сокращается расход боеприпасов, упрощается боевое снабжение. Особенно актуальна модерниза¬ ция и оснащение самыми современ¬ ными системами автоматизации, средствами разведки, обеспечения и управления комплексов ракетных систем залпового огня.
Пути повышения результативности КОМПЛЕКСА ВТО Обстоятельства, подтверждающие эффективность ВТО ■ Поскольку РУК обеспечивает поражение выявленных целей 1- 2 выстрелами (пусками), появ¬ ляются новые возможности ве¬ дения общевойсковой операции. Обычными, неядерными средст¬ вами поражения можно нанести внезапный огневой удар, сопос¬ тавимый по своим последствиям с ударом тактического ядерного оружия малой мощности. При этом доступными к поражению оказываются объекты, находя¬ щиеся на различном удалении от линии боевого соприкосновения, в том числе во втором эшелоне, на марше, в районах сосредото¬ чения. ■ Незначительный расход управ¬ ляемых средств поражения и возможность маневра огнем без существенного влияния дально¬ сти стрельбы на точность упро¬ щают материально-техническое обеспечение. ■ Боевые порядки войск могут быть рассредоточенными, по¬ скольку нет необходимости под¬ тягивать дальнобойное ВТО к линии боевого соприкосновения войск. ■ Существенно большая, чем у традиционных средств, огневая производительность артилле¬ рийских РУК приводит к быст¬ рому выводу из строя военных объектов и техники воюющих сторон, что ведет к значитель¬ ному сокращению сроков про¬ ведения операций, а в ряде слу¬ чаев, судя по опыту военных конфликтов 1970-х гг., и к со¬ кращению продолжительности военных действий. Специфические свойства ВТО обусловили изменение взглядов на роль обычного оружия не только в военное, но и в мирное время. С од¬ ной стороны, дальнобойное ВТО по¬ зволяет нанести эффективный, выбо¬ рочный удар по организаторам акций терроризма, инициаторам агрессии, по жизненно важным и ценным для руководителей тоталитарных госу¬ дарств (правящих кланов) целям. Это делает ВТО важным сдерживающим фактором, который уже успешно про¬ явил себя в ряде ближневосточных конфликтных ситуаций. С другой стороны, применение ВТО по эколо¬ гически опасным объектам, которых становится все больше в густонасе¬ ленных странах, делает ВТО в руках террористов и агрессоров стратегиче¬ ски опасным вооружением. Тактико-технические недостатки ВТО связаны с повышенными требо¬ ваниями к характеристикам систем боевого обеспечения (разведки, связи, управления), а также с необходимо¬ стью принятия специальных мер за¬ щиты от воздействия противника на радиоэлектронные компоненты ВТО средствами РЭБ.
Цель (противник) и система РУК ВТО, по существу, равноправные участники (если, конечно, противодействие честное - к нему стороны готовятся, мобилизуя все свои ре¬ сурсы) непримиримого конфликта, цена которого - гарантированное поражение од¬ ного из участников. Бескомпромиссность и состяза¬ тельность с гарантией высокой эф¬ фективности действий при выборе правильной тактики поведения позво¬ ляют сформулировать следующие требования к участникам конфликта, которые являются, до некоторой сте¬ пени, общими для всех участников боевой операции, а значит, трансли¬ руются в характеристики соответст¬ вующих РУК ВТО будущего. ■ Живучесть - важнейшее из тре¬ бований к участникам конфликта [780, 462, 336]. В случае огнево¬ го подавления снижение харак¬ теристик должно носить не мас¬ совый характер, а характер «эво¬ люционной» или «изящной де¬ градации», при которой потеря одного или нескольких состав¬ ных частей не приводит к суще¬ ственному снижению характери¬ стик целого объекта - РУК, либо позволяет поддерживать харак¬ теристики РУК в течение тре¬ буемого временного интервала. В объекты РУК уже на этапе их проектирования должна быть за¬ ложена тактика и соответствую¬ щие алгоритмы, способные со¬ вместно с комплексами индиви¬ дуальной и групповой защиты поддерживать живучесть систе¬ мы на требуемом уровне. ■ Скрытность работы, чтобы свести к минимуму объем ин¬ формации, получаемой против¬ ником о характеристиках при¬ меняемого ВТО, его режимах работы, местоположении актив¬ ных элементов. Основными на¬ правлениями повышения скрыт¬ ности являются: переход к мо¬ бильным многофункциональным системам, снижение энергетиче¬ ского воздействия на окружаю¬ щую среду в процессе информа¬ ционного обеспечения за счет структурной и информационной избыточности сигналов, услож¬ нение структуры сигналов, обеспечивающих информацион¬ ное взаимодействие, примене¬ ние специальных режимов, та¬ ких как «мерцание», «фазовый шум», «координатная поддерж¬ ка» и т.д. ■ Устойчивость к воздействию радиоэлектронного противодей¬ ствия - выполнение боевой за¬ дачи в условиях применения противником различных помех, включая забрасываемые поста¬ новщики помех, возможность развертывания комплекса лож¬ ных позиций. ■ Открытость архитектуры - развертываемые на основе мо¬ бильных боевых и технических средств РУК должен встраивать¬ ся в действующую иерархиче¬ скую систему управления ВТО, а также обладать способностью объединяться в единую инфор- мационно-управляющую систему с аналогичными развернутыми Ш 109
мобильными РУК в других ре¬ гионах (расширять информаци¬ онное поле); Распределенная (пространствен- но-разнесенная, многопозицион¬ ная) система с кооперативной обработкой информации - новый подход к созданию комплекса ВТО. Объекты с кооперативной обработкой информации облада¬ ют наибольшим энергетическим потенциалом из всех существую¬ щих информационных систем. Эти системы способны изменять свою структуру в реальном вре¬ мени для достижения требуемых показателей качества обработки информации и, обладая структур¬ ной и информационной избыточ¬ ностью, позволяют реализовать современные алгоритмы обработ¬ ки информации. Распределенные в пространстве отдельные ин¬ формационные сенсоры (либо пе¬ редающие и приемные центры) образуют единую систему (сеть), выполняющую в определенное время в заданной зоне ответст¬ венности поставленную задачу по избирательному поражению це¬ лей с требуемыми показателями качества, значительно менее уяз¬ вимую для всевозможных атак по распределенной системе. Возможность манипулирования ресурсами - мобильные боевые и технические средства комплекса ВТО позволяют оперативно пере¬ мещать РУК в заданный район дислокации, создавая таким обра¬ зом информационное (сигнальное) поле требуемой конфигурации. Многофункциональность - спо¬ собность комплекса ВТО и его РУК решать широкий спектр задач при организации и нане¬ сении удара за счет использова¬ ния программно управляемых модулей информационных средств и их интерфейсного объединения в систему (сеть), под этим термином понимается способность комплекса ВТО реализовывать несколько функ¬ ций, например проводить поиск, обнаружение, распознавание и измерение пространственных координат и параметров движе¬ ния целей, а также формировать высокодостоверные данные для решения задач целераспределе- ния, целеуказания и управления оружием. Адаптация - аппаратурное и программное изменение струк¬ туры РУК и функций систем самонаведения в соответствии с условиями применения, важно¬ стью решаемых задач и собст¬ венной структурой с целью оп¬ тимального решения боевой за¬ дачи по избирательному пора¬ жению. Инвариантность, т.е. способ¬ ность решать задачу по гаранти¬ рованному избирательному по¬ ражению за счет объединения элементов и систем разного рода, участвующих в организации и поддержании боевого функцио¬ нирования средств поражения, например информационного объединения различных РУК в единый комплекс, наведение по
текущей информации разных боевых средств избирательного поражения или применение раз¬ личных платформ (носителей) для доставки боевых средств и управления ими в соответствие с ■ целевой функцией. Реконфигурируемость структу¬ ры РУК под изменяющиеся тре¬ бования для достижения задан¬ ных тактико-технических харак¬ теристик комплекса ВТО соглас¬ но текущей реальной боевой об¬ становки и уровню вооружения у противника. Возможна на этапе ■ изготовления (сборки) изделия или оперативная - в процессе эксплуатации. Высокоинформативностъх ха¬ рактеризующаяся большим объ¬ емом сведений о наблюдаемом районе применения, текущем со¬ стоянии комплекса ВТО, навига- ■ ционных параметрах, наблюдае¬ мых воздушных, наземных и морских объектах, передаваемой информации и обеспечивающая высокую размерность, а значит, надежность и защищенность ин¬ формационного поля функцио¬ нирующего РУК. Снижение темпов морального старения - адаптация информа¬ ционных средств, развертывае- ■ мых на мобильных боевых и тех¬ нических средствах комплекса ВТО, способных парировать вы¬ сокотехнологичные решения со стороны появления угроз в виде качественно новых средств воз¬ душного нападения, огневого и функционального поражения, а также гарантировать функциони¬ рование системы в условиях воз¬ никающих угроз по разрушению формируемого информационного поля. Формирование беспровального информационного поля для ком¬ плекса ВТО (как для системы самонаведения, так и РУК) как по используемым информаци¬ онным средствам, так и по об¬ новляемым (модернизируемым, заменяемым) средствам и сис¬ темам. Низкая себестоимость - важ¬ нейший показатель новых ком¬ плексов ВТО, обусловленный использованием серийных мно¬ гофункциональных базовых мо¬ дулей, ориентированных на их системное применение и, как следствие, дешевых. Применение информационных средств комплекса ВТО, спо¬ собных гарантированно выяв¬ лять активно противодействую¬ щие за счет управления своей видимостью цели, отслеживать динамические цели, а также способных создавать устойчи¬ вые к воздействию средств ог¬ невого и радиоэлектронного противодействия. Обязательное предсказание и парирование действий противо¬ борствующей стороны. Обеспечение выполнения ука¬ занных требований возможно, если активно обновляется номенклатура качественно новых средств доставки и информационных платформ, фор¬ мирующих надежное, устойчивое к
внешним воздействиям информаци¬ онное поле. Важнейшим направлением реа¬ лизации этих требований является модульное построение компонен¬ тов РУК, формирующих боевую и информационную платформы, обес¬ печивающие требуемую мобиль¬ ность, многофункциональность и распределенную в пространстве структуру. ■ Модульное построение РУК и систем самонаведения должно соответствовать как аппаратур¬ ным решениям, так и про¬ граммно-алгоритмическим. Же¬ лательно, чтобы модули низко¬ го уровня были, по существу, функционально законченными изделиями широкого примене¬ ния, например, передающие или приемные модули РУК и систем самонаведения, образованные из широкополосных усилителей и малоэлементных антенных решеток. Из этих модулей мо¬ гут собираться макромодули комплекса ВТО более узкого функционального назначения, например типа подрешетки фа¬ зированных антенных решеток. На основе макромодулей соби¬ раются отдельные устройства, формирующие структуру РУК и систем самонаведения. Мо¬ дульный принцип построения предполагает максимальное уп¬ рощение аппаратурной части за счет усложнения алгоритмов обработки цифровой информа¬ ции. ■ Открытость архитектуры РУК и системы самонаведения - непременное условие обеспе¬ чения способности комплекса ВТО к структурной и программ¬ ной реконфигурации, комбини¬ рования и комплексирования различных систем в единый комплекс и адаптации под изме¬ няющиеся условия функциони¬ рования. Указанный принцип предполагает расширение структуры комплекса ВТО в це¬ лом, а также по отдельности РУК и системы самонаведения за счет включения в ее состав новых объектов. ■ Комбинирование - обеспечение иерархического подхода к фор¬ мированию интегрированной структуры комплекса ВТО. Соз¬ дание комбинированной струк¬ туры для системы самонаведе¬ ния и РУК предполагает конст¬ руктивное и/или функциональ¬ ное и/или информационное объ¬ единение компонентов. В частности, интеграция - это разновидность комплексирова¬ ния, когда оно осуществляется на уровне только конструктив¬ ного и функционального объе¬ динения. Комплексирование, как комбинирование на сиг¬ нальном уровне информацион¬ ной платформы ВТО, позволяет полнее использовать имеющую¬ ся избыточность информации о зоне боевых действий, благода¬ ря чему появляется возмож¬ ность расширения круга решае¬ мых задач по надежному изби¬ рательному поражению целей и улучшения качества их выпол¬ нения.
Многофункциональность - ос¬ новное направление получения принципиально новых качеств и снижения себестоимости систем самонаведения и РУК. Способ¬ ность выполнять аппаратурой РУК разные задачи одновремен¬ но или последовательно во вре¬ мени за счет структурной и про¬ граммной реконфигурации уп¬ рощает порядок управления хо¬ дом боевой операции, решает задачу электромагнитной со¬ вместимости и повышает экс¬ плуатационные показатели. Мобильность структуры раз¬ вертываемой информационной платформы комплекса ВТО. С помощью мобильных боевых и технических средств должно обеспечиваться быстрое и ста¬ ционарное на определенный пе¬ риод времени развертывание, «выносного» (дополнительного) звена РУК, например постанов¬ щика помех или ложной пози¬ ции. Это позволяет РУК и сис¬ теме самонаведения с помощью одних и тех же средств осущест¬ влять топопривязку, проводить все виды разведок [588] и вести соответствующую радиоэлек¬ тронную и информационную борьбу. Мобильность предпола¬ гает перемещение объектов РУК и ракет в пространстве по за¬ данному или случайному зако¬ нам, а также использование, в соответствии с конкретной зада¬ чей, различных носителей для полезной нагрузки. Координатно-временное обес¬ печение информационной плат¬ формы ВТО - обязательная со¬ ставляющая для успешного вы¬ полнения боевых задач по изби¬ рательному поражению целей (особенно маневрирующих и динамичных) с использованием мобильных боевых и техниче¬ ских средств РУК и самих бое¬ вых средств. Вхождение в структуру как РУК, так и систем самонаведения цифровых адаптивных фазиро¬ ванных антенных решеток - ключевой фактор обеспечения динамичности формируемого ин¬ формационного поля, например для осуществления пространст¬ венной селекции заданных для поражения целей на фоне помех и адаптации информационной платформы к требованиям эффек¬ тивной организации наблюдения зоны боевого конфликта. Сигналы, сложные по своей структуре, и способы их обра¬ ботки, позволяющие повышать размерность информационного поля как РУК, так и системы са¬ монаведения, наделять его ус¬ тойчивостью, избыточностью и возможностью в реальном вре¬ мени восстанавливать фоноце¬ левую обстановку в зоне кон¬ фликта при проведении интен¬ сивного радиоэлектронного про¬ тиводействия, а также при обмене данными внутри информацион¬ ной платформы. Наличие пассивных средств на¬ блюдения зоны конфликта - пер¬ спективное направление в обес¬ печении контроля состояния этой зоны, гарантирующее высокую
живучесть для РУК и систем са¬ монаведения. Наличие информационных полей, формируемых в результате ор¬ ганизации многопозиционного наблюдения, - одно из основных направлений формирования ин¬ формационной и боевой плат¬ форм, обеспечивающих про¬ граммную или интерактивную, а также автономную пространст¬ венно-временную реконфигура¬ цию формируемых информаци¬ онных угроз для РУК и систем самонаведения. Создание таких платформ становится сегодня ре¬ альностью благодаря технологи¬ ческому прорыву в области средств координатно-временного обеспечения и вычислительной техники и что, особенно важно, из-за появления мобильных бое¬ вых и технических средств в структуре РУК.
2 СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ КОМПЛЕКСА ВТО Самонаведение и системы самонаведения Сегодняшняя тактика примене¬ ния ВТО обязательно базируется на использовании систем, входящих в состав ракеты и осуществляющих для боевых средств избирательного пора¬ жения функцию самонаведения, под которой понимается способ управле¬ ния ракетой, когда на определенных, как правило, самых ответственных участках полета, все текущие дейст¬ вия по целенаправленному измене¬ нию ее состояния формируются толь¬ ко самой ракетой на основе получен¬ ной ею текущей информации об ок¬ ружающей среде (зоне боевых дейст¬ вий, зоне ответственности за поражение), в том числе и поражае¬ мых целях, и своих характеристиках состояния. Системы, реализующие этот процесс, называются системами самонаведения [112, 130, 131, 133]. В [704] приводится почти афористиче¬ ское определение для системы само¬ наведения: «Система самонаведения обеспечивает требуемое движение перехватчика по сигналам, посту¬ пающим на перехватчик от цели». По принципу действия системы самонаведения подразделяются на пассивные (принимают излучаемую целью энергию), полуактивные (при¬ нимают излучаемую целью энергию, излучаемую каким-либо внешним ис¬ точником) и активные (принимают от цели энергию, излучаемую самой сис¬ темой самонаведения). По виду вос¬ принимаемой энергии различают системы радиолокационные, тепловые, ИК, оптические, акустические, магне- тометрические, спутниковые и др. Если наведение ракеты на цель осуществляется оператором, то гово¬ 115
рят о целенаведении. Этот термин для ВТО более предпочтителен, чем теле¬ управление, с которым обычно связы¬ вают технологию наведения огневых средств по проводам. Разделяют вре¬ менное {или темпоральное, когда вы¬ полняемые процедуры по управлению жестко запрограммированы, и наве¬ дение сводится к соотнесению этих процедур ко времени выполнения), параметрическое (воздействие осу¬ ществляется на характеристики уст¬ ройств ракеты) и текущее или ситуа¬ ционное (осуществляется соотнесение с ситуацией) наведение, а также в ка¬ честве одной из функций наведения специально выделяют стабилизацию движения ракеты. В процессе осуществления изби¬ рательного поражения реализуется некая обобщенная логика функцио¬ нирования системы самонаведения - определенная миссия, если, как в ин¬ форматике, это понятие использовать для подчеркивания единства у после¬ довательности выполнения команд, функционирования системы. Если воспользоваться аналогией с модель¬ ным представлением объектов, то миссию можно уподобить сигнатуре для соответствующей совокупности операций (команд, т.е. конкретных четко и однозначно определенных процедур), выполняемых при реше¬ нии определенной функциональной задачи, стоящей перед системой. Эта последовательность команд задается РУК в соответствующем по¬ летном задании перед началом боево¬ го применения средства ВТО, и пра¬ вильность задания этой миссии опре¬ деляет успешность выполнения ком¬ плексом ВТО поставленной задачи. Тактическим, техническим, эксплуа¬ тационным и иным свойствам объекта соответствуют свои миссии, приме¬ нительно к ВТО, влияющие на основ¬ ную миссию (осуществление избира¬ тельного поражения) опосредованно. Здесь можно указать на такие еще, сопутствующие осуществлению из¬ бирательного поражения миссии, как транспортабельность, экологичность, технологичность, рентабельность в производстве, эстетичность, преемст¬ венность, унифицированность и т.п. Облик - это взаимосвязанная сово¬ купность моделей объекта, свойства которой задаются совокупностью разнородных сигнатур, фиксирующих место этого объекта в разнообразных миссиях, необходимых для обеспече¬ ния всех стадий жизненного цикла и функционирования, здесь - комплек¬ са ВТО. Для миссии системы самонаве¬ дения уже начали формировать опре¬ деление, отталкиваясь от математиче¬ ского понятия модели (см. гл. 1). Ба¬ зовым множеством выступает здесь набор команд, отношением - после¬ довательность и содержание их ис¬ полнения, а сигнатурой - наименова¬ ния функций, которые должны ис¬ полняться системой самонаведения в рамках выполнения той или иной миссии. На сформированной сигнату¬ ре устанавливается формальная тео¬ рия, которая структурирует уже функции комплекса ВТО вплоть до тех, которые непосредственно выте¬ кают из определения ВТО (избира¬ тельное поражение, функционирова¬ ние в реальных условиях, эффектов-
ность применения). Эта модель дово¬ дится до оригинала - а это уже пла¬ нируемые (предлагаемые) действия для ракеты по осуществлению ею из¬ бирательного поражения. Миссия ВТО для своих сигнатур имеет иерархическую структуру, ба¬ зирующуюся на командах и венчаю¬ щуюся целевым назначением ком¬ плекса - основной миссией, соответ¬ ствующей осуществлению избира¬ тельного поражения. Двигаясь по этой структуре команд вверх, прихо¬ дится все чаще и в большей степени привлекать некоординатные характе¬ ристики целей. На самом верхнем уровне миссия описывается только на языке намере¬ ний и реализуемых задач. Именно здесь осуществляется анализ боевого задания. Этот анализ «тянет за собой» и выбор базы параметров расчета. При выполнении последнего шага расчета миссия преобразуется в ре¬ зультаты расчета боевого задания, и вместе с исходными данными и слу¬ жебной информацией пересылается для хранения в базу результатов рас¬ четов. Миссия самонаведения задается вербально соответствующими сигна¬ турами, которые последовательно на нижних уровнях транслируется в по¬ следовательность выполнения кон¬ кретных команд (трансформируются в оригиналы миссий). Сигнатуры миссии, как правило, фиксированы, хотя допускается их изменение, например, если обнаруже¬ но кардинальное несоответствие те¬ кущей боевой обстановки ожидаемой или поменялись те или иные ценност¬ ные критерии (см. гл. 1), стоящие пе¬ ред комплексом ВТО. На верхних уровнях структуры миссия системы самонаведения непосредственно увя¬ зывается с боевыми возможностями ракеты и ее динамикой, именно здесь непосредственно учитываются летно¬ тактические характеристики ракеты. Подход к разработке редактора миссий зависит от того, каким обра¬ зом описывается миссия боевого средства ВТО, в какой степени она меняется и как она сопрягается с ис¬ полнительным уровнем его системы наведения. Поскольку миссия разво¬ рачивается во времени, то должна быть зафиксирована последователь¬ ность ее исполнения. Существует два основных способа сопря¬ жения миссии с системой наведения боево¬ го средства ВТО: 1) представление миссии в виде исполняемой программы (жесткое задание); 2) представление миссии в виде транслируемого скрипта (скрипт или сце¬ нарий - структурное описание миссии). Указанная трансляция изначаль¬ но предполагает возможность варьи¬ рования процедурами, в совокупности обеспечивающими реализацию мис¬ сии. Исполняемая программа тоже может варьироваться, но в процессе ее формирования. После того, как она сформирована, эта программа стано¬ вится действительно исполняемой. Тот минимум сведений, который должен быть доставлен на борт раке¬ ты для формирования исполняемой программы (т.е. миссии), и представ¬ ляет собой скрипт. Обычно испол¬ няемая программа структурируется в
виде совокупности модулей, каждый из которых «заточен» на исполнение какой-то одной повторяющейся функ¬ ции (процедуры) из числа автоматизи¬ руемых процессов, из которых как из конструктора формируется миссия (исполняемая программа). Каждый та¬ кой модуль называется сервисом. Скрипт позволяет сформировать на борту исполнителя миссию (испол¬ няемую программу) из сервисов. И исполняемая программа, и скрипт есть объекты соответствующей теории моделей, причем следующего уровня за командами. При этом с точ¬ ки зрения требования к вычислитель¬ ным ресурсам бортового компьютера большим преимуществом обладает, конечно же, подход, представляющий миссию боевого средства ВТО в виде исполняемой программы. Очевидно, что автономно совершаемая миссия в виде исполняемой программы соот¬ ветствует самонаведению, а с транс¬ ляцией скрипта, да еще и виде набора конкретных команд, - наведению. Скрипт, в отличие от исполняемой программы, может включать некоор¬ динатные характеристики объектов зоны боевых действий (например, при формулировке условий для соедине¬ ния отдельных сервисов в миссию). При траекторном наведении или самонаведении онтология сводится только к координатным параметрам цели, ракеты и других объектов фо¬ ноцелевой обстановки, например рельефа полета, что непосредственно сказывается при задании миссии и при формировании скриптов. Понимание процессов наведения и самонаведения полностью уклады¬ вается в двухзвенную математиче¬ скую модель (1.6), (1.7) измеритель¬ ных процессов. Дело в том, что сиг¬ натура (1.5), которая в гл. 1 представ¬ ляла ситуацию оценки характеристик целей, может быть применима к опи¬ санию любых объектов, при своем функционировании реализующих не¬ кие функции и ценности (императи¬ вы). Функция самонаведения рас¬ сматривается в информационной платформе, а реализация осуществля¬ ется в физической платформе. После составления системой в своей информационной платформе образа конкретной (текущей) ситуа¬ ции осуществляется реализация функции собственно самонаведения с привлечением требуемых средств и ресурсов, сконцентрированных в фи¬ зической и информационной плат¬ формах системы самонаведения и ракеты. Совокупность действий, необхо¬ димых для выполнения самонаведе¬ ния, определяется оператором реали¬ зации F( ). Этот оператор определяет действия системы самонаведения в рамках своих информационной и фи¬ зической платформ, обеспечивающие избирательное поражение, при этом все исходные текущие данные для та¬ кой целенаправленной деятельности были доставлены действием операто¬ ра преобразования Г( ). В завершение нужно сравнить результаты выполне¬ ния всей совокупности «реальных» процедур, выполненных системой са¬ монаведения при реализации постав¬ ленных перед ней функцией, с «иде¬ альной» реализацией. Этот важней¬ ший этап оценки эффективности дея¬
тельности описывается с привлечени¬ ем процедур (1.9) и (1.10) для получе¬ ния погрешностей, приведенных к входу и выходу. Если какая-то процедура, реали¬ зуемая системой самонаведения, тре¬ бует дополнительных онтологий и миссий, не формируемых на данном уровне, то необходимо для этой про¬ цедуры организовать соответствую¬ щий переход на уровень модулей, где формируются эти недостающие мис¬ сии и онтологии. Таким образом, воз¬ никает стратифицированная структу¬ ра реализуемой системой самонаве¬ дения «целевой» миссии избиратель¬ ного поражения. Двухзвенное пред¬ ставление (по типу (1.8) с оператора¬ ми преобразования и реализации) миссии свойственно функционирова¬ нию любой целенаправленной систе¬ мой, каковой является комплекс ВТО, а также его РУК и система самонаве¬ дения. Описание миссии самонаведения ДВУХЗВЕННОЙ МОДЕЛЬЮ В случае рассмотрения задач из¬ бирательного поражения целей вектор хь как некая динамическая перемен¬ ная, должен рассматриваться в виде требуемой (желаемой, опорной) для эффективного избирательного пора¬ жения технологии обеспечения полета ракеты к цели и функционирования ракетного ВТО (согласно исследова¬ ниям научной школы проф. В.И. Мер¬ кулова, xt - вектор требуемых коорди¬ нат движения ракеты.) Эта технология может сводиться к попаданию ракеты в цель и/или приведению боевой части в требуемое состояние для избиратель¬ ного поражения, т.е. должна характе¬ ризовать требуемую (заданную) траек¬ торию полета ракеты и закономерности функционирования ракеты на траекто¬ рии. В этом случае говорят о реали¬ зации траекторного наведения ракеты. Но начнем рассмотрение процес¬ сов самонаведения с оператора реали¬ зации, аналогичного «измерительно¬ му» (1.7) - с собственно результата совершения процедуры избиратель¬ ного поражения: Xt = Ft{x‘~\zt_ i), (2.1) где xt - фактическая (осуществлен¬ ная) технология наведения ракеты и осуществленные изменения ее со¬ стояния, прежде всего, реализован¬ ная траектория полета ракеты (на¬ учная школа проф. В.И. Меркулова называет вектор xt вектором теку¬ щего состояния ракеты), это та тра¬ ектория полета (а также фактиче¬ ское изменение состояния у системы самонаведения), по которой движет¬ ся ракета; xt - результат текущей оценки системой самонаведения действий по реализации требуемой для избирательного поражения тех¬ нологии:
траектория полета ракеты + управляемое состояние ракеты; ~zt^Zt - принимаемые во внимание при свершении избирательного пора¬ жения текущие оценки условий стрельбы (фоноцелевой обстановки), а также состояния ракеты и комплек¬ са ВТО, учитываемые при выборе за¬ кона управления ракетой; F(-) - опе¬ ратор реализации, соответствующий реализуемому в процессе избиратель¬ ного поражения алгоритму наведения ракеты на цель. Верхние и нижние временные индексы в (2.1) говорят о следующем. Мы осуществляем наведение или са¬ монаведение ракеты. Это принципи¬ альный процесс, совершаемый во времени, предполагающий, что в ка¬ ждый момент времени формируется (по крайней мере, может формиро¬ ваться) управляющее воздействие. Фактически, запись хм означает со¬ кращенную запись от полной записи Xq_1 для оценки (результата измере¬ ния) участка траектории полета раке¬ ты от старта (нулевого момента вре¬ мени) до текущего времени, когда формируется закон управления поле¬ том ракеты. Соответственно, запись xt означает также сокращенную за¬ пись, но уже от х\+Т, где Т - число отсчетов траектории, на которые рас¬ пространяется совершаемый закон управления ракетой. Если это управ¬ ление предусматривается для всей ос¬ тавшейся траектории полета, то пола¬ гается, что Т = оо . Итак, (2.1) описывает типичную процедуру коррекции полета ракеты, когда в определенный момент време¬ ни, исходя из зафиксированной сред¬ ствами наблюдения траектории поле¬ та ракеты, формируется корректи¬ рующий сигнал для оставшегося уча¬ стка траектории, который и «помеща¬ ет» ракету на получающуюся траекторию xt. Результат измерения хп в зави¬ симости от выбранного метода наве¬ дения и от фиксированных парамет¬ ров, может иметь различную природу. Это может быть «динамичный» сиг¬ нальный или информативный портрет фоноцелевой обстановки, оценки ко¬ ординатных характеристик цели и ра¬ кеты, опять же в динамике, оценки состояния ракеты. Однако структура xt может не совпадать со структурой xt. Отличие этих векторов характери¬ стик обусловлено различием резуль¬ татов оценок и самих оцениваемых характеристик (например, xt - реали¬ зация случайного процесса, a xt - оценка соответствующей неопреде¬ ленности), а также тем фактом, что над системой самонаведения несо¬ мненно довлеют ограничения по дос¬ тупным и добываемой ею информа¬ ционным ресурсам относительно те¬ кущего состояния ракеты (хотелось бы знать о поведении ракеты столько, а доступно только это). Тот факт, что вместо множества учитываемых и оцениваемых «внеш¬ них» факторов Zt стали иметь дело только с одним его элементом zt, го¬ ворит о совершенном выборе текущей конкретной процедуры функциониро¬ вания для системы наведения или са¬
монаведения. Оператор реализации F( ) соответствует описанию проце¬ дуры наведения с помощью математи¬ ческой структуры - соответствующей динамической системы, когда считает¬ ся, что текущие наблюдаемые харак¬ теристики некоторого процесса опре¬ деляются предшествующими значе¬ ниями (предысторией) этого же или протекающих параллельно процессов. Выбор характеристик и числа пред¬ шествующих отсчетов позволяет учи¬ тывать ту или иную предысторию взаимодействующих процессов. Полная определенность объек¬ тов, участвующих в формировании процедуры (2.1), говорит о том, что она есть технология. Система самона¬ ведения формирует текущий режим полета. Вектор xt описывает именно программу полета ракеты. Нижний индекс в записи оператора свидетель¬ ствует о возможности изменения ди¬ намики для программы полета. В векторе состояния ракеты вы¬ делим теперь только «координатную составляющую», хотя бы потому, что некоординатные параметры, характе¬ ризующие состояние ракеты, более «инерционны», нежели координат¬ ные. Иначе говоря, пока мы рассмат¬ риваем только траекторное наведение (самонаведение), хотя такое ограни¬ чение отнюдь никак не скажется на обобщенной структуре модели. Про¬ цедуры оценки некоординатных па¬ раметров, как правило, разделяются (факторизуются) с процедурами оп¬ ределения координатных, а потому могут рассматриваться отдельно. При таком раскладе очень часто оценку координатных параметров цели и тра¬ ектории полета ракеты называют ко¬ ординатным обеспечением. Управле¬ ние ракетой, конечно же, учитывает обе группы характеристик цели, т.е. рассматривается как траекторное на¬ ведение плюс управление режимами работы системы самонаведения, что и нашло свое отражение в обобщенной записи (2.1). Другой оператор (преобразова¬ ния), участвующий в совершении процедуры избирательного пораже¬ ния, записывается как xt=Tt(x,_],Zt_,) (2.2) и представляется как процедура полу¬ чения оценки (измерения) текущей траектории полета ракеты. Этот опе¬ ратор может интерпретироваться как преобразование заданной траектории полета ракеты в ту, которая формиру¬ ется в «сознании» бортового процес¬ сора по текущим оценкам этой траек¬ тории. Вообще говоря, оценка xt тра¬ ектории или, в общем случае, состоя¬ ния ракеты - это вся информация о текущем полете ракеты, которой рас¬ полагает ее информационная плат¬ форма (система самонаведения), о чем ясно говорит процедура управле¬ ния (2.1). Сама же задаваемая (требуемая) для избирательного поражения цели траектория xt записывается как некая векторная функция времени. Соотно¬ шение (2.2) есть также пример изме¬ рительной технологии, поскольку всегда с помощью такой процедуры обеспечивается получение хоть ка- ких-то оценок требуемой траектории (состояния). Векторы хп xt и xt при
траекторном наведении образованы координатными характеристиками (абсолютными или относительными) ракеты относительно цели. Эти век¬ торы могут иметь разную размер¬ ность (число компонент), чего нельзя сказать о желательной (заданной, тре¬ буемой) траектории xt и «истинной» (фактической) - xt. Можно даже по¬ лагать, что размерность этих двух траекторий одинакова, а их соответ¬ ствующая сигнатура определена на одном и том же базовом множестве, поскольку оценка качества избира¬ тельного поражения не должна зави¬ сеть от ошибок в выборе номенклату¬ ры учитываемых характеристик траек¬ тории. Множество Zt фиксирует в (2.2) все непредсказуемые нюансы в наведении и/или самонаведении, в ре¬ зультате - из той траектории, что «требуется» получается та, «что есть». Как следует из представления (2.1) и (2.2), процедура наведения четко распадается на выполнение двух множеств взаимосвязанных про¬ цедур. Одни из них, стоящие за опе¬ ратором преобразования (2.2), обес¬ печивают наблюдение в текущем ре¬ жиме фоноцелевой обстановки и тра¬ ектории полета ракеты (формируют для системы самонаведения образ си¬ туации, требующей осуществления избирательного поражения), вторые, соответствующие оператору реализа¬ ции (2.1), формируют на основании доступных данных закон управления ракетой и реализуют его при осуще¬ ствлении избирательного поражения. Такое представление полностью соот¬ ветствует канонической трактовке управления, где наблюдение и собст¬ венно управление всегда выступают в неразрывном единстве, будучи разде¬ ленными только функционально [240, 751, 545]. Поскольку каждая из этих процедур - технология, то и вся про¬ цедура наведения также есть техноло¬ гия, в данном случае, миссия наведе¬ ния или миссия самонаведения ВТО. Предполагается, что процедура избирательного поражения цели не замыкается целиком на самонаведе¬ нии, хотя любой промежуток времени, где осуществляется самонаведение, делает соответствующую бортовую ракетную систему системой самонаве¬ дения. Однако чаще всего в такой си¬ туации заявляют о комбинированном наведении [402]. Программное наведение Рассмотрим частный случай на¬ ведения ракеты на цель, называемый программным наведением, когда осу¬ ществляется жесткий полет по задан¬ ной программе. При рассмотрении та¬ кого полета удобно множество прини¬ маемых во внимание условий стрель¬ бы Zt представить в виде декартового произведения множеств оцениваемых состояний системы самонаведения (ракеты) z;n (по существу, это уста¬
навливаемые системой самонаведения кинематические характеристики раке¬ ты, влияющие на ее траекторию, т.е. это характеристики регулятора) и множества оцениваемых состояний внешних для ракеты объектов Z°ut, поведение и характеристики которых могут учитываться при выборе закона управления ракетой: Zt = Z,in х Z°ut. При программном наведении считает¬ ся, что Z,out = 0 , т.е. Zt - Z,in , а также не проводится оценка заданной реали¬ зуемой траектории xt. Более того, по¬ лагается, что траектория xt и есть та самая желательная траектория: xt = xt (поскольку у ракеты просто нет воз¬ можности убедиться в обратном), по¬ сле чего оператор реализации (2.1) трансформируется в х,=Ф^)- Из этого операторного соотно¬ шения выводится закон воздействия на характеристики ракеты (на регуля¬ торы), чтобы добиться требуемой тра¬ ектории ее полета: z?-i =Ft-'(xl_]) = Gl(xt_]). (2.3) Этот заложенный заранее в сис¬ тему самонаведения ракеты закон из¬ менения состояния (т.е. в том числе и полетом по траектории) и обеспечи¬ вает программное наведение. Уравне¬ ние (2.3), по понятным причинам, на¬ зывается уравнением настройки. Итак, закон управления (2.3) ха¬ рактеризует программное наведение без совершения каких-либо процедур коррекции (поэтому здесь все вре¬ менные индексы - нижние). Полная запись уравнения настройки должна выглядеть следующим образом: z£i=Gt(xt_i,Zt,z0), (2.4) где учтено влияние на реализуемую процедуру наведения фактических неконтролируемых при совершении избирательного поражения «дейст¬ вий» окружающей среды и возмож¬ ных сбоев функционирования ракеты, а также специально выделен в качест¬ ве аргумента процедуры настройки начальное (до момента пуска) состоя¬ ние комплекса ВТО, а также априор¬ ные сведения о зоне боевых действий и текущей обстановке, которые долж¬ ны быть учтены при формировании закона управления. Все эти начальные сведения объединены в полном (т.е., объединяющим сведения о состоянии ракеты и внешней среды) векторе ха¬ рактеристик z0. Другими словами, предполагается, что уравнения на¬ стройки (2.3)-(2.4) начинают дейст¬ вовать только после пуска ракеты при учете соответствующих начальных условий z0 для состояния комплекса ВТО вкупе с оцененным состоянием внешней среды. Итак, аргументом при совершении процедуры наведения ракеты выступают не текущие полученные системой самонаведения оцен¬ ки фоноцелевой обстановки, а сами влияющие на полет факторы, которые за¬ ранее (по крайней мере, перед составлени¬ ем программы полета) были с доступной информационной полнотой оценены. Сюда входят характеристики процедуры прицеливания ракеты. Эти 123 |
характеристики {прицельные пара¬ метры) составляют основную часть вектора z0 в (2.4). В составе РУК прицеливание осуществляют при¬ цельные системы ВТО. Требуемое при прицеливании пространственное ориентирование прицельной системы описывается соответствующим опе¬ ратором: z0=Pt{xt,N,). (2-5) Здесь важно отметить, что при выборе прицельных параметров z0 принимается во внимание вся требуе¬ мая траектория xt, а также навигаци¬ онное обеспечение Nt, которое вы¬ ступает как уже оцененные «навига¬ ционные» компоненты вектора Z°ut, который в теории стрельб называется оперативным боевым обеспечением. По существу, записанное только что операторное соотношение описывает результат организации огневого по¬ ражения. Безусловно, главной составной частью навигационного обеспечения должно выступать фоноцелевое ин¬ формационное обеспечение. Но это, скорее, следует даже отнести к «до- пусковой» полученной информации о необходимых условиях обеспечения начала стрельбы Z_l9 поскольку они принадлежат к организационным ме¬ роприятиям, подготавливающим ус¬ ловия применения комплексов ВТО. Основу этих мероприятий составляет информационное обеспечение ВТО. К таким же организационным меро¬ приятиям, особенно для ВТО дальне¬ го действия, следует отнести метео¬ рологическое обеспечение. Если в ка¬ честве ракетоносцев выступают ко¬ рабли ВМФ, то заявляют о необходи¬ мости формирования навигационно¬ гидрографического обеспечения при¬ менения ВТО [108, 134, 352, 17, 780, 390, 204]. И уж безусловно должен при осуществлении боевого примене¬ ния ВТО учитываться объем огневых задач - полный перечень огневых за¬ дач на главном и других направлени¬ ях действий, решением которых дос¬ тигается цель боевых действий (боя). Управление в (2.4), как следует из записи, происходит без какой-либо коррекции программы полета, по¬ скольку оценивание текущей траекто¬ рии полета системой самонаведения не проводится, а потому в этом урав¬ нении не содержатся траекторные оценки xt. Более того, факторы, ни¬ как не учитываемые реализуемой в процессе полета программой, непо¬ средственно переходят вносимыми ими возмущениями в траекторию по¬ лета ракеты, т.е. ракета при про¬ граммном наведении никак не пари¬ рует текущие возмущающие факторы окружающей среды. Такой способ наведения характе¬ рен для избирательного поражения неподвижных целей, а также целей, не являющихся акторами, т.е. движе¬ ние которых предсказуемо на доста¬ точно длительный период с высокой степенью достоверности, а также при программировании движения балли¬ стических ракет. Миссия программ¬ ного наведения - самая простая из всех миссий обеспечения избиратель¬ ного поражения, скрипт - фиксиро¬ ван, т.е., по своей сути, просто отсут¬ 124
ствует. Хотя, в принципе, можно представить программное наведение, исполняемая программа для которого набирается из серверов по определен¬ ному скрипту. В качестве скрипта может быть простая команда на изме¬ нение миссии (т.е. переход к другой процедуре программного наведения) с соответствующими, необходимыми при формировании миссии текущими параметрами. Программное наведение может быть или временным (темпо¬ ральным), или параметрическим, но никак не текущим (ситуационным). В этом случае исполняемая программа полета непосредственно транслируется (никак не скрипт) в состояния системы самонаведения (регулятора ракеты). Итак, процедура (2.4) не предполагает текущую оценку координат относи¬ тельного и абсолютного движения ра¬ кеты к цели для проведения соответст¬ вующей корректировки траектории. Канонические наведение и само¬ наведение, в отличие от программно¬ го наведения, предполагают обяза¬ тельную коррекцию траектории поле¬ та ракеты. Такая процедура возможна даже при совершении программного наведения. Во-первых, приходится парировать ошибки прицеливания. Конечно, это возможно при поступ¬ лении соответствующей информации от прицельной системы ВТО. Во- вторых, внешняя среда, в соответст¬ вии с записью процедуры настройки (2.4), оказывает воздействие на теку¬ щую настройку состояния ракеты, и это возмущение траектории также можно парировать. На указанные возмущения траектории должен реа¬ гировать регулятор, фиксирующий их и изменяющий по заданному зако¬ ну характеристики состояния ракеты. Если теперь переобозначить вектор настроек регулятора ракеты z/n как rt, то при проведении коррекции воз¬ никает потребность в получении те¬ кущих оценок этого вектора ft и вы¬ работке соответствующих законов управления настройками rt. Закон формирования настроек получается из (2.4) с учетом переобозначений и (2.2): xt ~ Tf {jt-1 > xt-1 ? zo) ’ *t=Gtirt- 1>*м)- (2.6) Первое операторное уравнение оценивает состояние ракеты при уже реализованных настройках и z0. Второе уравнение уточняет настройку ракеты, чтобы вернуть ракету на за¬ данную траекторию. Такая «модерни¬ зированная» процедура программного самонаведения с коррекцией по со¬ стоянию может считаться полностью автономной. Для комплексов ВТО можно дать такой критерий для пол¬ ной автономности тех или иных мо¬ дулей - им невозможно извне органи¬ зовать помехи функционированию. В отличие от полностью автономных систем автономному наведению мож¬ но сформировать соответствующие помехи [52]. Нужно однако учесть, что поскольку все настройки являют¬ ся «внутренними» для ракеты (z/n), т.е. находятся под полным контролем регулятора, то (2.6) можно несколько упростить: xt=Tt{rt-i,Xt_uAо), rl=Gl(rt_],xt_l), (2.7)
т.е. процедура настройки сугубо де¬ терминированная - как только полу¬ чены все информационные компо¬ ненты, жестко формируется проце¬ дура настройки. Автономная система наведения может быть: гироскопическая, инер- циальная, астроинерциальная, инер- циальная доплеровская, астронави¬ гационная и др. [678]. Основное преимущество любых (полно¬ стью автономных и навигационных) ав¬ тономных систем наведения перед други¬ ми системами - высокая помехоустойчи¬ вость. Комплекс управления стрельбой Приведенные процедуры ока¬ жутся пригодными и для описания ав¬ тономного наведения по навигацион¬ ным ориентирам. В этом случае в ка¬ честве вектора настроек rt нужно вы¬ бирать еще и оценки координатных и некоординатных характеристик этих внешних для ракеты ориентиров z °ut (но не траектории полета), принимае¬ мых во внимание на планируемой трассе полета ракеты xt: xi =Gt(zs(t~x\xt_bz0). По такой технологии можно осуществить и избирательное пора¬ жение цели, если оценки ее характе¬ ристик внести в реестр ориентиров, а также если функционируют системы самонаведения, которые уточняют свои географические координаты по сигналам от наземных или спутнико¬ вых радионавигационных радиосис¬ тем, т.е. в этот класс следует также относить системы самонаведения, функционирующие по навигацион¬ ным полям. Иногда в этом контексте говорят о навигационно-временном обеспечении применения ВТО. Как уже отмечалось, «полноцен¬ ная» процедура коррекции траекто¬ рии полета обязательно предполагает получение оценок для текущей траек¬ тории хп поскольку только в этом случае, согласно (2.1), возможно формирование уточняющих положе¬ ние ракеты на траектории управляю¬ щих воздействий. Это требование корректировки становится необходи¬ мым условием для осуществления из¬ бирательного поражения целей-акто- ров. В этом случае говорят о про- граммно-корректируемом наведении. Такая корректировка, в соответствии с (2.1), базируется на текущей оценке траектории полета ракеты xt и выбо¬ ре соответствующего закона управле¬ ния траекторией Ft(-). Несколько иной вариант записи (2.1) исключает процедуру коррекции: xt=Ft(x,-\,Zt,z()), (2.8) т.е. полет боеприпаса никак не регу¬ лируется и не соотносится ни с ка¬ ким заданием траектории его поле¬ та. Этот вариант записи соответст¬ вует представлению неуправляемого
полета боеприпаса по формирую¬ щейся в процессе полета (нерегули¬ руемой) траектории, что свойствен¬ но для традиционной артиллерии, где все управление стрельбой сво¬ дится к грамотному выбору вектора начальных условий z0. Как извест¬ но, такой выбор начальных условий свойствен осуществлению прицели¬ вания. Другими словами, частным слу¬ чаем отстаиваемого операторного описания процесса наведения получа¬ ется вариант описания ударной огне¬ вой системы, но «не ВТО», а неуправ¬ ляемого движения боеприпаса. Удар¬ ная система, стреляющая неуправляе¬ мыми боеприпасами и обеспечиваю¬ щая требуемую точность стрельбы, называется комплексом управления стрельбой. В совокупности форми¬ руются системы приборов управления стрельбой - полные и упрощенные [314]. Полные системы решают зада¬ чи стрельбы автоматически по дан¬ ным, определяемым только прибора¬ ми, с учетом всех метеорологических и баллистических поправок; упро¬ щенные - по данным, которые час¬ тично получены без приборов и с не¬ полным учетом поправок. Здесь вкупе с (2.3) можно говорить лишь о воз¬ можности управления на траектории некоординатными параметрами бое¬ припаса (которые составляют вектор хД например моментом включения радиовзрывателя. Комплекс управле¬ ния стрельбой характеризуется даль¬ ностью стрельбы. При стрельбе по наземным целям различают полную горизонтальную дальность стрельбы - расстояние от точки вылета до пересечения траекто¬ рии снаряда с горизонтом орудия; прицельную дальность стрельбы - расстояние от точки вылета до пере¬ сечения траектории с линией прице¬ ливания; наклонную дальность стрельбы - кратчайшее расстояние от точки вылета снаряда до точки встре¬ чи (цели); горизонтальную дальность стрельбы - проекция наклонной дальности на горизонт оружия. Мак¬ симальная дальность стрельбы зави¬ сит от дальности полета данного об¬ разца ракеты. Дальность стрельбы, на которой сохраняются поражающие свойства снаряда (пули), достаточные для эффективного (надежного) пора¬ жения цели, называется действи¬ тельной или эффективной дально¬ стью стрельбы. Наведение и самонаведение Наведение - более общее понятие, чем самонаведение, т.е. {наведение} = = {самонаведение} + + {навигационное наведение}. Навигационное наведение здесь рассматривается как контроверза по¬ нятию самонаведения, однако только что записанное соотношение для сиг¬ натур дает основание для отношения включения: 127
наведение zэ самонаведение. Системы самонаведения, если это нужно для совершения избира¬ тельного поражения, могут выполнять функции, традиционно возлагаемые на навигационные системы. И, напротив, к системам наведе¬ ния ВТО можно предъявлять требова¬ ние совместимости с технологиями са¬ монаведения, обеспечивая возможность перехода в любой момент времени от командного наведения к самонаведе¬ нию и, наоборот, при изменении сиг- нально-помеховой обстановки [341]. В состав навигационной системы входят датчики навигационной ин¬ формации, средства обработки нави¬ гационной информации, приборы отображения информации (все эти процедуры соответствуют оператору (2.6)) и органы управления подвиж¬ ным объектом (действие оператора (2.1)). Сегодня в структуре навигаци¬ онной системы, как правило, форми¬ руется на программном уровне нави¬ гационный фильтр. Принцип его рабо¬ ты состоит в следующем: навигацион¬ ная система комплекса ВТО дополни¬ тельно корректируется по разностным показаниям ориентации, полученным путем сличения получаемого на борту радиолокационного или оптикоэлек¬ тронного изображения с точечными элементами (точками схождения - va¬ nishing points). Комбинация оценок, производимая в структуре навигаци¬ онного фильтра, позволяет получить навигационные параметры с большей точностью, почти не зависящей от ок¬ ружающей обстановки. Различают навигационную сис¬ тему, инерциальную с астрокоррекци¬ ей и с математическим моделирова¬ нием инерциального базиса. В системах самонаведения могут использо¬ ваться все перечисленные виды навигаци¬ онных измерителей. Инерциальная навигационная система обеспечивает определение координат и скорости центра масс объекта на основе информации от ап¬ паратуры, находящейся на борту ра¬ кеты. Это наиболее популярное сего¬ дня средство для обеспечения коррек¬ тируемого программного наведения. В навигационных системах с астро¬ коррекцией астрономическими мето¬ дами (применением астродатчиков) повышается точность других методов ориентации, в которых с течением времени увеличиваются уходы гиро- стабилизированных платформ. Сис¬ темы, в которых сочетаются астроно¬ мические и гироскопические методы ориентации, называются астроинер- циальными. В навигационных системах с математическим моделированием инерциального базиса моделирование инерциального базиса на борту раке¬ ты осуществляется с помощью как измерителей (акселерометров и дат¬ чиков угловой скорости), жестко рас¬ полагаемых на корпусе ракеты, так и обработкой их показаний вычисли¬ тельным устройством для определе¬ ния параметров движения центра масс и ориентации ракеты в инерциальной системе координат. Преимуществом такой системы является уменьшение весовых характеристик, потребляемой мощности, надежности, стоимости
командно-измерительного комплекса. Реализация такой навигационной сис¬ темы требует высокоточных измери¬ телей [838] и эффективной фильтра¬ ции помех, наводимых вибрацией корпуса ракеты. Наведение - способ управления средствами поражения ВТО, при ко¬ тором осуществляются требуемые ло¬ гикой избирательного поражения из¬ менения состояния ракеты и обеспе¬ чиваются параметры ее движения (направление, скорость, высота и др.), выводящие боевые средства к наме¬ ченным для избирательного пораже¬ ния объектам противника (целям). В результате задача наведения (самона¬ ведения) свелась к хорошо изученной в теории автоматического управления задаче управления стохастической системой, где эффективность функ¬ ционирования определяется степенью адекватности ее модели реальным ус¬ ловиям функционирования [814, 267]. Созданные в рамках этой теории тех¬ нологии идентификации модели (пре¬ жде всего, вектора состояния), опи¬ рающиеся на робастные алгоритмы, методы стохастической фильтрации, теории оценивания, обеспечивают пе¬ ренесение результатов на процедуры наведения (самонаведения) [637, 645, 829, 706, 686]. Однако здесь не может быть никакой серьезной унификации процедур управления ракетой - они в значительной степени зависят от кон¬ кретных условий применения ВТО. Можно только говорить о сохранении структуры описания задач и функций, опирающейся на оценку вектора со¬ стояния ракеты или цели, если она ак¬ тор (маневрирующая). Навигационное наведение - это траекторное наведение (поскольку навигацию интересуют только коор¬ динатные характеристики) по заранее выбранной (заданной, установленной) траектории, а самонаведение осуще¬ ствляется непосредственно по цели, исходя из анализа фоноцелевой об¬ становки, выполненного системой са¬ монаведения. Навигационное наведение не нуждается в текущей информации о координатах цели. Наведение на цель системой на¬ вигационного наведения осуществля¬ ется в два этапа: 1) сначала формиру¬ ется траектория полета к цели; 2) с помощью выработки соответствую¬ щих команд на эту траекторию «на¬ вешивается» ракета. Навешивание, т.е. навигационное наведение, проис¬ ходит в соответствии с процедурой, получающейся при соответствующем изменении (2.1) под описываемую си¬ туацию: Xt=Ft{Xt-\’Zt-\>Zt) (2-9) или xt — Ft (-*7-19*t~i ?Z(-19Zf) • (2.10) Первый случай (2.9) фактически уже рассмотрели, когда говорили о программном наведении с коррекци¬ ей. Сейчас этому оператору просто дается несколько иная трактовка - за¬ ставить извне ракету следовать задан¬ ной траектории. Это можно сделать или совокупностью поступающих из¬ вне команд (например, при осуществ¬ лении целенаведения), или в авто¬ номном режиме, осуществляя про¬
граммное наведение. Вообще говоря, только в «командном» варианте мож¬ но говорить о процедуре навешивания ракеты на траекторию, как о навига¬ ционном наведении, полагая, что тре¬ буемые для формирования «грамот¬ ных» процедур коррекции навигаци¬ онные измерения траектории ракеты совершаются вовне, например в РУК комплекса ВТО. Понятно также, что соответствующую систему наведения в литературе называют также систе¬ мой командного радиоуправления. Оценки траектории используются там, где формируется команда управ¬ ления полетом ракеты (т.е. в соответ¬ ствии с нашей договоренностью - в РУК комплекса ВТО). Формироваться же эти оценки могут как на борту са¬ мой ракеты с передачей данных в РУК, так и в самом РУК, отслеживая соответствующими информационны¬ ми средствами траекторию полета ра¬ кеты. По существу, сделанное замеча¬ ние относительно того, где использу¬ ются оценочные данные о текущей (фактической) траектории полета ра¬ кеты, позволяет считать, что оператор преобразования ГД ) в (2.2) для сис¬ темы самонаведения, реализующей «командное» навигационное наведе¬ ние, вырождается до единичного (в (2.9) нет оценок траектории xt - здесь присутствует «сразу» только сама требуемая траектория хД поскольку его задача состоит в доведении для системы самонаведения команд, обеспечивающих «исполнение» тре¬ буемой для избирательного пораже¬ ния траектории полета. Может сложиться впечатление, что слишком вольно усматривается сходство процедур, значительно раз¬ личающихся между собой по своей реализации, точнее, считается, что нет проблем с обеспечением трансляции на достаточно большое расстояние данных, да еще и значительных по объему. Конечно же, это не так, по¬ скольку на сегодняшний день все проблемы инфокоммуникаций (а без них просто не может быть высоко¬ точного наведения) сводятся как раз к организации связи с взаимным обме¬ ном мощными потоками данных [723, 451]. Однако здесь пока рассматрива¬ ем миссию системы самонаведения на уровне ее модели, когда следует кон¬ центрировать свое внимание на полу¬ чении и преобразовании данных для выработки команд управления, а не на процедурах их доставки, да еще в не¬ изменном виде (без потерь). Теория информации утверждает о принципиальной возможности ор¬ ганизации процесса передачи данных без потерь [80]. Правда, здесь на этом пути нужно быть несколько осторож¬ ным. И эти «подводные камни», по нашему мнению, нащупали специали¬ сты по телевизионным системам [826, 827], которым по своей сути подобная проблематика крайне интересна. В цитируемых только что работах об¬ суждаются трудности по формирова¬ нию не математической, как ее назвал сам Шеннон, а реальной теории связи. Здесь ими было правильно отмечено, что если при организации информа¬ ционного процесса используются ха¬ рактеристики, которые имеют вероят¬ ностную природу (например, из-за 130 I
предположения, что в информацион¬ ном канале действуют случайные по¬ мехи малой спектральной плотности, но из-за своей стохастической приро¬ ды ей оказывается присущие пусть редкие, но достаточно мощные вы¬ бросы), то их использование предпо¬ лагает (требует) принципиально бес¬ конечного времени организации ком¬ муникационного взаимодействия: «Идеальная связь по Шеннону есть передача бесконечного количества информации за бесконечное время че¬ рез канал с конечной пропускной спо¬ собностью». Выводы о характеристиках информацион¬ ного канала, описывающих процесс пере¬ дачи сообщений, получаются усредненны¬ ми, причем для опять же бесконечного времени наблюдения и бесконечного числа наблюдаемых ситуаций. Цифровая форма передаваемых данных фактически стерла грань между видом детерминированных и случайных сигналов (и те, и другие - по¬ следовательности бинарных отсчетов), по¬ этому, в принципе, можно организовать неискаженную передачу даже по зашум¬ ленному информационному каналу. Ведь при цифровой обработке принятого сигнала, эта задача перево¬ дится в разряд процедуры обнаруже¬ ния каждого символа, где пороговая процедура по различению возможных состояний принимаемых символов становится весьма надежной и эффек¬ тивной, как из-за возможности лока¬ лизации их положения, так и значи¬ тельного энергетического разноса оцениваемых состояний. Именно это обстоятельство - принципиальная возможность (пусть только теорети¬ чески возможная и пока не достижи¬ мая) передачи данных без искажений - и позволяет избегать концентрации внимания на соответствующих вопро¬ сах и проблемах. Как правило, осуще¬ ствление эффективной передачи дан¬ ных требует специальных аппаратно- программных средств, т.е. линия свя¬ зи со всеми своими опциями пред¬ ставляет достаточно сложную систе¬ му. В рамках OS-технологий ее функ¬ ционирование рассматривается на бо¬ лее глубоких уровнях иерархии с привлечением двухзвенной модели (опять осуществляется сравнение процедур, описываемых соответст¬ вующими операторами преобразова¬ ния и реализации: «что хотим» и «что получили). На том же уровне, где собственно происходит передача данных, эти сопутствующие процес¬ сы обеспечения связи не рассматри¬ ваются, а качество их определяется погрешностями, которые называются ошибками связи (инфокоммуника- ции) [763]. Второй случай (2.10), где коман¬ ды управления формируются из срав¬ нения оценок траектории полета ра¬ кеты с заданной, соответствует авто¬ номному навигационному наведению «в чистом виде» (если только такое сравнение не осуществляется вне ра¬ кеты при формировании соответст¬ вующих команд управления полетом). Только для таких систем можно упот¬ реблять понятие коррекции, ибо она зиждется на текущей оценке траекто¬ рии полета. Процедура управления (2.10), конечно же, допускает и дина¬ мическую реализацию по принципу
(2.1), где управление осуществляется только для остатка траектории: xt=Fl(x,-\x,-\zt_l,Zt). (2.11) Рассматривают два типа движе¬ ния на пассивном участке траектории: 1) неуправляемое; 2) управляемое. На неуправляемом участке ракета совер¬ шает баллистический полет, описы¬ ваемый (2.5), (2.6), аналогичный дви¬ жению свободно брошенного тела под действием аэродинамических и гравитационных сил. При управляе¬ мом движении, описываемом опера¬ тором реализации xl=Fl(xt_l,Tt_l,Zt), (2.12) возможно изменение траектории по¬ лета ракеты за счет организации це¬ ленаправленного действия аэродина¬ мических сил. Управляемое движение превращает ракету и/или цель в акто¬ ры. Применение управления на пас¬ сивном участке позволяет осуществ¬ лять отличные от баллистического полета виды движения, например планирование (в аэродинамическом смысле) ракеты, кабрирование, пики¬ рование и т.д. Различают баллистическую, пла¬ нирующую, самолетную, зенитную и смешанную траектории полета. Мар¬ шрут полета выбирается (устанавли¬ вается) с расчетом точного выхода ракеты на цель или для РУК - в за¬ данный пункт, с учетом обеспеченно¬ сти ориентировки экипажа, скрытно¬ сти и безопасности полета над терри¬ торией противника, достижения вне¬ запности и точности захода на цель и ухода от нее. Промежуточный пункт маршрута характеризуется (задается) своими географическими координа¬ тами. Каждому промежуточному пункту маршрута соответствует также высота полета ракеты, скорость (вре¬ мя пролета участка) и ряд признаков. Именно они используются в качестве параметров z °ut при совершении про¬ граммного «координатного» наведе¬ ния в соответствии с (2.4). Изменение параметров полета при таком наведе¬ нии происходит только в пунктах маршрута. Характеристиками боевого курса выступают подмножества на¬ чальных условий z0. Следовательно, можно считать «вырожденными» (поскольку здесь сравнение требуемой траектории проводится как бы с нулевой траек¬ торией) примерами навигационного наведения программное наведение и целенаведение, причем программное наведение являет пример полностью автономной технологии избиратель¬ ного поражения, а целенаведение - полностью неавтономной. Итак, счи¬ таем, что при целенаведении опера¬ тор реализации всегда успевает син¬ тезировать требуемую траектории полета (если она не была ему задана заранее), а потом пытается соответ¬ ствующими командами на нее помес¬ тить ракету. Автоматическое свершение навигационно¬ го наведения может рассматриваться как аппаратурно-программная реализация ин¬ формационной платформой целенаведения, когда функции формирования и восприятия заданной траектории отделены при вопло¬ щении от процедур установки ракеты на эту траекторию.
Однако для соответствующих систем (наведения и самонаведения) отношение включения следует пере¬ направить по логике система самонаведения 3 ID система наведения, поскольку, если некоторая система совершает избирательное поражение по более сложной (полностью авто¬ номной!) технологии самонаведения, то «обычные» процедуры наведения этой системой по установленной тра¬ ектории можно наверняка в рамках системы самонаведения воспроизве¬ сти. Здесь задействовано часто ис¬ пользуемое правило в инженерной практике, когда всей системе при¬ сваивается специфическое, или самое ответственное, или, наконец, наибо¬ лее тяжело реализуемое свойство. Такое отношение включения уже было зарезервировано при опре¬ делении самонаведения и соответст¬ вующих систем самонаведения, ко¬ гда отметили, что процедуры само¬ наведения совершаются в таких сис¬ темах «на определенных, как прави¬ ло, самых ответственных участках полета». Когда такие участки обна¬ руживаются, то система наведения автоматически должна считаться системой самонаведения, даже если большая часть траектории полета ра¬ кеты происходит в режиме навигаци¬ онного наведения. Именно, по этой причине в гл. 1 говорили в соответ¬ ствующем контексте только о систе¬ мах самонаведения. Хотя, несмотря на то, что системы само¬ наведения есть определенный этап в раз¬ витии систем наведения, их появление отнюдь не перечеркивает необходимость применения «ортодоксальных» систем наведения. Точное попадание в заданное место цели наиболее надежно сегодня можно обеспечить именно системами на¬ ведения с использованием соответствую¬ щих процедур коррекции, совершаемых человеком-оператором, т.е. реализуя це- ленаведение. В некотором смысле погранич¬ ными между системами самонаведе¬ ния и навигационного наведения средствами ВТО должны рассматри¬ ваться те, которые должны подры¬ ваться в заданной точке траектории, и сам подрыв не обусловлен приближе¬ нием ракеты к фиксируемым ее сен¬ сорами объектам. Такая необходи¬ мость возникает при использовании ВТО в ходе применения метеорологи¬ ческого и геофизического оружия, а также при организации селектирую¬ щих взрывов и осуществлении шрап¬ нельного поражения. Запуск разрядки накопленной метеорологической энергии вызывается соответствую¬ щим подрывом заряда, доставляемого средствами ВТО к месту расположе¬ ния атмосферного концентратора. Возбуждение и развитие геофизиче¬ ских процессов в той или иной гео¬ сфере вызывается внесением неболь¬ шого количества энергии в ключевую точку среды, что может привести к существенному изменению свойств геофизических сред. Именно сочетание активного воздействия, связанного либо с выде¬ лением собственного запаса энергии в природной среде, либо с существен¬
ным изменением ее свойств, и пред¬ ставляет в конечном итоге тот или иной вид геофизического оружия (тектоническое, погодно-климатиче- ское, радиотехническое и др.). Спектр операций, производимых геофизиче¬ ским оружием, гораздо более обши¬ рен, нежели метеорологическим. Ско¬ ординированный подрыв специально доставленных в нужные точки ядер- ных зарядов по часам точного времени позволит создать интерференцию волн, когда на определенных участках морской поверхности волны взаимо- усиливаются, а на других, наоборот, гасятся. Это позволяет не только до¬ биться гораздо более разрушительного эффекта от подрыва ядерного боеза¬ ряда, но и обойти отдельные регионы. Селектирующие взрывы органи¬ зуются подрывом спецзаряда внутри групповой цели, в результате чего по¬ ражаются элементы сложной цели, находящиеся вблизи от центра взры¬ ва. Остальные цели (в том числе и ложные) приобретают дополнитель¬ ные количества движения - тем больше, чем легче цель и больше ее размеры. По приращению количества движения можно судить, относится тот или иной объект к числу заданных или нет. Соответствующий способ се¬ лекции называется селекцией по ре¬ зультатам воздействия взрыва. Оче¬ видно, что такой селектирующий взрыв «под силу» только средству ВТО. Когда шрапнельное оружие обес¬ печивает поражение беспилотных ап¬ паратов или живой силы, то говорят также об использовании управляемой осколочной мины. Метеорологическое, геофизическое и шрапнельное оружие, скорее, системы навигационного наве¬ дения, однако такие виды оружия все- таки, как правило, корректируют уста¬ новленный им момент срабатывания боевой части, обеспечивая получение пусть неполной информации о районе (например, зоне накопления энергии), где должно свершиться избирательное поражение. Координаты цели при навигационном наве¬ дении никак непосредственно не влияют на команды управления ракетой - оценки этих координат с помощью соответствующих процедур корректируют устанавливаемую траекторию полета, обеспечивающую изби¬ рательное поражение. При самонаведении не требуется для соответствующего участка полета ракеты заранее формировать про¬ грамму полета по траектории (и формиро¬ вать ее). Цель своими координатами непо¬ средственно «формирует» команды для сво¬ его избирательного поражения. Самонаведение как управление Самонаведение в теории управ¬ ления может рассматриваться как «самоуправление» (автономное управление). С точки зрения теории управления самонаведение является автономным программно-корректи- руемым управлением, а навигацион¬ ное наведение в «командном» испол¬
нении - неавтономным (автономность управления оценивается с точки зре¬ ния борта ракеты) программно- корректируемым управлением. Неав- тономность проявляется в необходи¬ мости следовать задаваемому извне в текущем режиме плану полета. При такой интерпретации навигационного наведения и самонаведения они яв¬ ляют пример замкнутой петли обрат¬ ной связи (уже с точки зрения теории автоматического регулирования). В отличие от разомкнутой петли, кото¬ рая реализуется методом программ¬ ного наведения, программно-коррек- тируемое управление требует исполь¬ зования сигнала рассогласования, по¬ лучаемого непосредственно из сигна¬ лов, характеризующих координатные характеристики цели и ракеты. К сожалению, нам придется в различном контексте не раз употреб¬ лять термин «автономный», и здесь уже было отмечено различие между полностью автономными системами и остальными также автономными сис¬ темами - первым системам невоз¬ можно извне оказать помеховое про¬ тиводействие. Такие различия в отме¬ ченном контексте употребления обу¬ словлены тем, что автономность для систем самонаведения должна рас¬ сматриваться двояко - как характери¬ стика способов получения информа¬ ции о фоноцелевой обстановке и как оценка выбранного метода управле¬ ния функционированием ракеты. Тут сразу же возникают четыре класса автономных систем самонаве¬ дения, включая и целиком неавто¬ номный. Однако, наверное, не стоит зацикливаться в таких нюансах клас¬ сификации, но здесь все-таки делает¬ ся попытка специального терминоло¬ гического выделения наиболее суще¬ ственных классов (см. далее понятие рефлексирующая система самонаве¬ дения). Мы уже говорили, что в пер¬ вом приближении самонаведение есть с точки зрения формирования команд управления полностью автономное наведение, использующее непосред¬ ственно информацию о состоянии, прежде всего, координатах и динами¬ ке цели. Автономная система навигационного наве¬ дения получает информацию для формиро¬ вания на борту обслуживаемой ею ракеты команд управления полетом только в виде оценок отклонений от предписанной траек¬ тории и динамики полета, после чего она формирует команды управления полетом ракеты только на основе этой информации. Автономная система навигаци¬ онного наведения может использовать при формировании команд управле¬ ния полетом ракеты информацию от своих же бортовых автономных ис¬ точников информации о состоянии ракеты, в том числе и об ее коорди¬ натных характеристиках, а может по¬ лучать ее извне, например от РУК. «Пытливую» автономную систему наведения, добывающую информа¬ цию об окружающей обстановке только своими сенсорами, можно на¬ звать рефлексирующей системой. Не¬ автономные системы самонаведения не могут быть рефлексирующими. Рефлексирующие системы наве¬ дения в зависимости от номенклатуры входящих в состав информационной
платформы сенсоров могут использо¬ вать информацию о некоординатных и/или координатных характеристиках объектов фоноцелевой обстановки. Нерефлексирующие системы наведе¬ ния, использующие информацию о своем состоянии, полученную извне, формируют свой специфический уро¬ вень взаимодействия между бортовой системой самонаведения и внешними информационными источниками (в соответствии с нашей структурой комплекса ВТО - с РУК). Отличие нерефлексирующих автономных на¬ вигационных систем от неавтоном¬ ных состоит в их способности форми¬ ровать на борту ракеты в их системах самонаведения команды управления (коррекции) полетом ракеты. Хотя, строго говоря, нерефлексирующие системы не являются автономными в полном смысле слова, поскольку они используют информацию о своем со¬ стоянии из внешних для ракеты ис¬ точников. Автономность системы самонаведения оценивается только по месту выработки команд управления ракетой. Это связано с тем, что многие нерефлексирующие нави¬ гационные системы самонаведения спо¬ собны тщательно скрывать факт получения извне требуемой информации о своем со¬ стоянии. Примером здесь могут высту¬ пать такие навигационные системы наведения как спутниковые, астро¬ номические, астроинерциальные, ра¬ дионавигационные, оптические с подсветкой от небесных тел, радио¬ метрические и т.п. А вот скрыть пол¬ ностью взаимный обмен командами управления между ракетой и внеш¬ ним командным пунктом практиче¬ ски невозможно. Рефлексирующие системы само¬ наведения, по своей сути, принимают решение относительно функциониро¬ вания (включая полета) ракеты при избирательном поражении. В нерефлексирующих системах такие решения, если они принципи¬ альные для обеспечения требуемого хода боевой операции с применением ВТО, чаще всего принимаются чело¬ веком (оператором или командовани¬ ем). Крайняя степень такой организа¬ ции процесса принятия решений мо¬ жет считаться целиком исходящей от человека. Такой способ наведения, где все системы ракеты и РУК обслу¬ живают лицо, принимающее решение, на всех стадиях обеспечения и свер¬ шения избирательного поражения, на¬ зывается антропоцентрическим [810, 465, 881, 555]. Целенаведение не яв¬ ляется синонимом антропоцентриче¬ ского наведения, поскольку оно свя¬ зывается только с технологией собст¬ венно наведения ракеты на уже вы¬ бранную цель и опять же в соответст¬ вии с уже выбранным маршрутом полета. Разумеется целенаведение есть часть скрипта антропоцентриче¬ ского наведения. Отклонения от предписанной траектории оцениваются информаци¬ онной платформой ракеты при выра¬ ботке ею команд управления полетом. Естественно, что при необходимости извне в информационную платформу ракеты транслируются корректировки траектории полета ракеты.
Сказанное позволяет следующим образом определить модель автоном¬ ного рефлексивного навигационного наведения: xt ~Tt{xt-\^Zt_ 1), ^ xt = Ft{x,_x,xt_ i). Как видно из этих соотношений, процедура автономного наведения сводится к оценке координатных па¬ раметров ракеты, причем такая про¬ цедура никак не связана с полетным заданием и состоянием фоноцелевой обстановки (аргумент Z в первом опе¬ раторном уравнении говорит лишь о влиянии среды на оценки текущих координат ракеты), чтобы затем по жесткой процедуре (технологии) со¬ отнести эти данные с реализуемым полетным заданием xt9 доставленным на борт ракеты до пуска или форми¬ руемым системой самонаведения в те¬ кущем режиме, и выработать команды для коррекции полета, чтобы заставить ракету «расположиться» на траектории xt, «близкой» xt. Второе операторное уравнение также допускает динамиче¬ ское представление как (2.1). Следовательно, {программное наведение} с с {автономное наведение}. Моделью автономного нереф¬ лексивного наведения выступает сле¬ дующая совокупность операторных уравнений: Xt~^t (-*7-1 ’ Tt-\>) > *t = Ft{xt-i>xt-\’jt-1)> (2-14) t, =G((rM), где уравнение настройки, вновь никак не связано с полетным заданием хг и говорит о совершаемой вовне, напри¬ мер в РУК, процедуре оценки прини¬ маемых во внимание при выработке процедуры наведения характеристик rt для траектории полета ракеты и наблюдаемых объектов фоноцелевой обстановки (например, для оценки относительных координат), чтобы за¬ тем использовать эти оценки при вы¬ работке команд управления траекто¬ рией полета ракеты (точнее, для кор¬ рекции траектории). Первое опера¬ торное уравнение этой системы опи¬ сывает процедуру, когда по полученной извне информации сис¬ тема самонаведения (если нужно) преобразует ее к виду, необходимому для формирования команд управле¬ ния ракетой. Такое преобразование сводится к комплексированию ее с информацией от других источников (в том числе и входящих в состав систе¬ мы самонаведения) с осуществлением необходимых процедур фильтрации, а также к переходу от различных сис¬ тем координат к ракетной. Второе операторное уравнение этой системы осуществляет каноническую проце¬ дуру навигационного наведения (2.8) на основе сравнения характеристик заданной траектории с оцениваемой системой самонаведения траектории, но с учетом текущего состояния раке¬ ты и фоноцелевой обстановки. Неавтономное навигационное наведение может непосредственно описываться (2.14), если только счи¬ тать, что формирование необходимых управления осуществляется вне раке¬ ты. При неавтономном навигацион¬ 137
ном наведении реализуется парамет¬ рическая процедура, где параметры управления формируются в РУК и ба¬ зируются на проводимой в РУК про¬ цедуре оценки объектов фоноцелевой обстановки Z°ut (хотя существует на¬ ведение «через ракету», см. ниже, где измерительная процедура по оценке фоноцелевой обстановки Z°ut совер¬ шается на ракете). При неавтономном навигационном наведе¬ нии ракета со своей системой самонаведе¬ ния выступает лишь как объект управле¬ ния, согласно (2.7). Процедуры управления ракетой вырабатываются вовне ее инфор¬ мационной платформы (в РУК). Теперь опишем самонаведение. Если рассматривать самонаведение как частный случай наведения, то оно уже не может быть в полном смысле автономным, поскольку основным объектом, характеристики которого непосредственно используются при наведении, здесь выступает цель, с которой система самонаведения вы¬ нуждена вступить в информационный контакт. Однако этот контакт, как и в случае автономного навигационного наведения по внешним источникам (ориентирам), также должен считать¬ ся автономным, поскольку он может выступать как «односторонний» (на¬ блюдение излучающей цели). Харак¬ теристики целей есть подмножество характеристик фоноцелевой обста¬ новки Z°ut, и мы это важное для ор¬ ганизации процедур самонаведения подмножество специально выделим 2tag . 20Ut — Соотношения (2.14) в этом слу¬ чае трансформируются в Здесь учтена необходимость вы¬ явления цели и оценки ее характери¬ стик (не обязательно только коорди¬ натных), чтобы учесть их при на¬ стройке (точнее, перенастройке ре¬ жима навигационного наведения) системы самонаведения для работы по цели. Поскольку, как видно из за¬ писи этих уравнений, здесь осуществ¬ ляется обзор окружающей фоноцеле¬ вой обстановки и отслеживается тра¬ ектория полета ракеты, то фактически осуществляется сравнение текущего информативного портрета с эталон¬ ным. Данная технология самонаведе¬ ния лежит в основе сравнительно¬ обзорных методов самонаведения (см. ниже). Если процедура самонаведения замыкается только на цель, то запи¬ санная система операторных уравне¬ ний значительно упрощается: В этом случае заявляют о функ¬ ционировании системы прямого са¬ монаведения, уточняющей координа¬ ты цели в собственной системе коор¬ динат ракеты.
Самонаведение может быть реализовано только после получения информации о ко¬ ординатах цели, т.е. необходим предвари¬ тельный захват цели (или навигационных ориентиров при осуществлении избира¬ тельного поражения неконтрастной цели), что запечатлевается уравнением настройки в (2.15), (2.16), после проведения поиска в определенной области пространства. Важ¬ но также отметить, что самонаведение, как правило, сопровождается автоматическим слежением за целью (ориентирами). Итак, для сигнатуры самонаве¬ дения может быть предложена сле¬ дующая структура этого понятия: {самонаведение} = = {автономное навигационное наведение} + + {рефлексирующая система) + + {слежение за целью}. Можно определить самонаведение и, короче, автономное наведение по фоноцелевой обстановке, т.е. сигнатура для самонаведения состоит из двух на¬ именований: автономность и полет на основе информации, полученной при наблюдении фоноцелевой обстановки, т.е. корректируемый полет. Самонаведение по ориентирам предполага¬ ет формирование управления ракетой на вынесенную относительно навигационных ориентиров точку прицеливания, положе¬ ние которой относительно ориентиров из¬ вестно заранее. Взаимосвязь самонаведения И НАВИГАЦИОННОГО НАВЕДЕНИЯ Как правило, только на части траектории полета ракеты комплекса ВТО реализуется процедура собст¬ венно самонаведения (по крайней ме¬ ре, для «классических» систем само¬ наведения и, кроме того, при самона¬ ведении требуется «видеть» цель), а потому система самонаведения, как правило, комбинированная. Наведе¬ ние для остальной части траектории совершенно строго подходит под ста¬ тус решения соответствующей нави¬ гационной задачи, что мы уже и за¬ фиксировали соответствующей тер¬ минологией {навигационное наведе¬ ние), если изменение состояния раке¬ ты связывать только с отклонением от заданной траектории и его коррекци¬ ей в рамках множества координатных параметров [382]. Неавтономное наведение осуще¬ ствляется, как правило, в корректи¬ рующем режиме «по мере необходи¬ мости», хотя заключительный участок полета ракеты, чаще всего, как раз ав¬ тономно или неавтономно «непре¬ рывно корректируемый», как и долж¬ но быть при избирательном пораже¬ нии. Автономное навигационное на¬ ведение допускает коррекцию самой траектории полета ракеты особенно при действенном радиоэлектронном или огневом противодействии, если
только в информационной платформе имеется соответствующий сценарий (шаблон) для требуемой «новой» тра¬ ектории полета. Избирательное пора¬ жение движущихся целей (особенно если это акторы), как правило, требу¬ ет технологий самонаведения, по¬ скольку необходимая динамика сме¬ ны сценариев траекторий может не отследить реальные условия избира¬ тельного поражения такой цели. Групповые действия могут осуществ¬ ляться как по технологии неавтоном¬ ного или автономного навигационно¬ го наведения («на марше») или как управление самонаводящимися объ¬ ектами. Наведение предполагает еще и управление состоянием ракеты, на¬ пример ее боевой частью. Системы навигационного наве¬ дения могут выступать как системы самонаведения, если их информаци¬ онная платформа гарантирует соблю¬ дение следующих условий: ■ обеспечение бортовых систем навигационной информацией должно быть непрерывным и не зависеть от режима поступления измерений в систему навигации; ■ обеспечение на «ответственных» участках траектории информа¬ ционной платформы ракеты дан¬ ными о характеристиках цели, которые могут быть использова¬ ны при формировании команд управления состоянием ракеты; ■ логика работы должна отвечать заданной точности, в том числе, и при смене траектории полета ракеты; ■ для обеспечения навигационной информацией на временных промежутках без навигационных измерений используются необ¬ ходимые модели центра масс ра¬ кеты для прогнозирования дви¬ жения; ■ формирование в составе конт¬ рольной информации необходи¬ мого количества получаемой в системе навигации информации для последующей передачи в РУК. Перечисленные условия опреде¬ ляют специфику требований, предъ¬ являемых к выбору программных ядер для соответствующей информа¬ ционной платформы системы самона¬ ведения. Требования к координатным (траекторным) характеристикам раке¬ ты в процессе ее наведения на цель удобно интегрально формировать в виде туннеля навигационных пара¬ метров, задаваемого набором допус¬ тимых пространственно-временных характеристик наводимого объекта для всей траектории его перемеще¬ ния. В (2.1)—(2.6) траектория xt (век¬ тор требуемых координат) с сопутст¬ вующей структурой (динамикой) за¬ данной при формировании програм¬ мы полета ракеты погрешности есть пример туннеля навигационных па¬ раметров. Туннель может быть одно¬ мерным, двухмерным, трехмерным и четырехмерным, и он «размещается» в пределах трассы. Планирование и подготовка применения ВТО сопро¬ вождается формированием туннеля навигационных параметров перед пуском в рамках накопления данных боевого применения, основу которых составляют полетные задания.
Общий объем и состав данных полетного задания определяются ти¬ пом, системой управления носителя ВТО и его боевым оснащением. В свою очередь, полетное задание - со¬ вокупность координатных парамет¬ ров, которые необходимо указать конкретному средству поражения, чтобы достичь точки прицеливания и совершить избирательное поражение. Полетное задание - «координат¬ ная» часть программы полета ракеты, определяющая всю технологию нави¬ гационного наведения. Более того, вектор состояния должен как раз обес¬ печивать технологию именно навига¬ ционного наведения. Естественно, что полетное задание должно быть выдер¬ жано по форме, воспринимаемой сис¬ темами самонаведения. Полетное за¬ дание транслируется для системы са¬ монаведения в требование удержать ракетное средство в рамках заданного туннеля навигационных параметров. Ось туннеля параметров совпадает с планируемой траекторией полета ра¬ кеты (задаваемой собственно вектором требуемых координат xt). Требования, которые должны со¬ блюдаться в целях удерживания пе¬ ремещаемого объекта в туннеле, оп¬ ределяют тип навигационного наве¬ дения и находят свое выражение в па¬ раметрах точности, целостности, не¬ прерывности и готовности коррекции. Действия системы самонаведения по целям-акторам не дают возможности планировать для всей траектории по¬ лета ракеты ее туннель навигацион¬ ных параметров, хотя такой туннель может указать на район и состояние цели, если ее динамика не будет из¬ меняться в процессе самонаведения. В этом случае туннель навигацион¬ ных параметров может расцениваться как составляющая эффективности са¬ монаведения, поскольку он использу¬ ется при сравнении требуемой и фак¬ тической траектории полета после за¬ вершения избирательного поражения. Для систем самонаведения пла¬ нируемый туннель навигационных параметров начинается в момент старта ракетного оружия и заканчива¬ ется точкой прицеливания, под кото¬ рой понимаются географические ко¬ ординаты и высота (абсолютная или относительная), в которую предлага¬ ется доставить средство поражения. Следует обратить внимание, что точка прицеливания и цель - это два совершенно разных понятия, хотя, конечно, точку прицеливания стара¬ ются разместить в предполагаемом месте расположения цели или в за¬ данном месте на поверхности цели или ее объеме. С помощью введения понятия «точка прицеливания» задача наведения (а значит, и самонаведе¬ ния) формулируется как «совмещение точки прицеливания и цели». «Конец» туннеля навигационных параметров при навигационном наведении дол¬ жен иметь размер (диаметр) и распо¬ ложение, гарантирующие избиратель¬ ное поражение заданной цели. Необходимость коррекции траектории мо¬ жет быть определена в терминах варьиро¬ вания туннелем параметров - как формой, так и размером. Параметры туннеля опре¬ деляют вероятность нарушения туннеля (покидание ракетой или РУК заданного туннеля), которая, в свою очередь, опреде¬ ляет интервалы и зоны коррекции. I» шттшшшттжтшт
Данная концепция допускает также нарастание размерности тунне¬ ля за счет задания специальных тре¬ бований для траекторных производ¬ ных, а также параметров, определяю¬ щих угловое положение ракеты на траектории (особенно при баллисти¬ ческом наведении). «Акторство» цели всегда требует возрастания размерно¬ сти туннеля навигационных парамет¬ ров. Разумеется, при таком расшире¬ нии размерности туннеля параметров пропадает наглядность его представ¬ ления. Естественно, что все точки траектории и туннеля навигационных параметров должны быть достижи¬ мыми. Зона достижимости - это множество точек на плоскости, харак¬ теризуемое тем, что при заданных ус¬ ловиях пуска и характеристиках раке¬ ты каждая точка этого множества мо¬ жет быть достигнута ракетой, при ус¬ ловии, что ее скорость, перегрузки, и время полета не превосходят допус¬ тимых значений. Уточняющим поня¬ тием для зоны достижимости, непо¬ средственно отражающим специфику ВТО, выступает зона возможных пус¬ ков, под которой понимается область пространства (физического или фазо¬ вого), из каждой точки которого воз¬ можна организация избирательного поражения цели. Зона разрешенных пусков представляет собой реализо¬ ванную в процессоре РУК аппрокси¬ мацию зоны возможных пусков. Оче¬ видно, что зона достижимости накры¬ вает зону возможных пусков, а тем более, и зону разрешенных пусков. Конечно, диаметры этих зон дол¬ жна обеспечивать дальность полета - один из показателей, характеризующий боевые возможности ракеты. Она зави¬ сит от конструктивных особенностей и аэродинамического качества ракеты, запаса топлива, относительной массы, удельного расхода топлива, режима полета, метеорологических условий и др. факторов. Очевидно, что чем боль¬ ше дальность полета, тем больше так¬ тический радиус действия ракеты. При навигационном наведении требуется формирование туннеля на¬ вигационных параметров (при непре¬ рывном получении информации о те¬ кущем положении), выступающим в качестве модели траектории, в кото¬ ром ракета обязана находиться в про¬ цессе полета к цели, а при самонаве¬ дении - ракета, выведенная, например навигационным наведением в некото¬ рую точку зоны достижимости оце¬ нивает фоноцелевую обстановку и сама формирует траекторию, по кото¬ рой она осуществит избирательное поражение цели. Для самонаведения туннель навигацион¬ ных параметров заканчивается не на цели (точка прицеливания), а в некоторой точке траектории, с которой начинается автома¬ тическое отслеживание (сопровождение) координат цели. Обычно цели (ориентиры) автоматически сопровождаются по дально¬ сти и скорости сближения с ними, а также по бортовым пеленгам (углам) и угловым скоростям линии визирования. Навигационное наведение может быть как неавтономным - по коман¬ дам, поступающим от РУК, так и полностью автономным - заранее за¬ программированным с коррекцией по наблюдаемой фоноцелевой обстанов¬
ке трассы и динамики полета. В этом случае считается, что полет ракеты происходит в соответствии с про¬ странственно-временным графиком полета, который есть подготовленная заранее «координатная» часть про¬ граммы полета ракеты и включает ко¬ ординаты начального, промежуточ¬ ных и конечного пунктов маршрута, курс движения к этим пунктам, углы изменения курса, длину каждого уча¬ стка (ортодромии), программную вы¬ соту полета ракеты на участках, ско¬ рость (время подлета), иную инфор¬ мацию. Этот график предполагает также прицеливание ракеты, о кото¬ ром говорилось в связи с обсуждени¬ ем (2.3). Различают горизонтальное и вер¬ тикальное прицеливание. При прице¬ ливании управляемых ракет, как пра¬ вило, производится вертикализация ракеты (придание ее продольной оси вертикального положения на пуско¬ вом устройстве), совмещение основ¬ ной плоскости стабилизации ракеты с плоскостью пуска путем поворота ра¬ кеты и ввода в ее систему самонаве¬ дения установок для пуска. Исходны¬ ми навигационными данными для прицеливания являются координаты точки стояния пускового устройства, ориентированные направления на стартовой позиции (точке пуска) и координаты цели. Прицеливание ра¬ кеты может осуществляться с помо¬ щью автоматизированных систем прицеливания. Самонаведение на всей траектории или на некоторых участках совершается без «де¬ тального» пространственно-временного графика полета - здесь боевое средство ВТО действует «по обстановке», опираясь на те¬ кущий информативный портрет района бое¬ вых действий, где расположена цель. По этой причине, наведение с помощью обзорно-сравнительных технологий наведения есть типичный пример именно навигационного на¬ ведения (полностью автономного!), просто, все соответствующие коман¬ ды для управления ракетой привяза¬ ны к определенным событиям. Здесь обычно оценивают информативность местности (участка местности), ис¬ пользуемой в качестве информатив¬ ного портрета при осуществлении обзорно-сравнительных методов на¬ ведения. Информативность местности (участка местности) - совокуп¬ ность свойств участка земной по¬ верхности, определяющих ею при¬ годность для решения задачи навига¬ ции и наведения ракетного средства с требуемым качеством. Неавтономное навигационное наведение чаще всего в литературе называется командным наведением или радиокоррекцией, поскольку здесь РУК формирует для ракеты команды, которые с помощью радиосигналов передаются на ракету и корректируют ее состояние. Такое наведение ис¬ пользует технологии телеуправления, понимаемые как метод управления средством поражения или другим объектом на расстоянии, при котором приборы, вырабатывающие команды и подающие их на движущийся объ¬ ект, установлены на земле (корабле, самолете) [606, 341].
Телеуправление включает спосо¬ бы и средства управления, регулиро¬ вания, сигнализации и контроля ме¬ ханизмов, агрегатов на расстоянии посредством передачи и приема по проводным или беспроводным кана¬ лам соответствующих закодирован¬ ных сигналов (команд). Если в конту¬ ре управления присутствует оператор, то командное наведение становится целенаведением. До сих пор встречаются средства ВТО, где телеуправление при наведе¬ нии осуществляется по проводным каналам. Избирательное поражение целей-акторов возможно и с помощью технологий телеуправления (целена- ведения). К неавтономным оптикоэлек¬ тронным системам наведения ВТО по наземным малоразмерным целям относятся, в частности, системы ко¬ мандного наведения управляемых ракет с ИК- и тепловизионными сис¬ темами, а также полуавтоматические (командные) лазерно-лучевые сис¬ темы наведения управляемых ракет. Большое значение, придаваемое во всем мире ВТО с неавтономными оптикоэлектронными системами на¬ ведения, масштабность и важность возлагаемых на это ВТО задач и вы¬ сокая эффективность поражения це¬ лей, в том числе и акторов, в такти¬ ческой глубине, с одной стороны, и возрастающая потребность повыше¬ ния защиты наземных объектов, с другой стороны, выдвигают пробле¬ му подавления оптикоэлектронных систем наведения ВТО в ряд важ¬ нейших и первоочередных проблем борьбы с ВТО противника. Иногда стадию наведения разде¬ ляют на подэтапы, если наведение на каждом подэтапе осуществляется раз¬ личными техническими средствами или по различным алгоритмам. С точ¬ ки зрения информационной платфор¬ мы в этом случае в ней осуществля¬ ются различные процессы, объеди¬ ненные функционально. Как уже от¬ мечалось, в этом случае следует гово¬ рить о комбинированном наведении (самонаведении). Комбинированные системы са¬ монаведения используют для своего функционирования несколько раз¬ личных технологий управления поле¬ том ракеты. Различие в технологиях уста¬ навливается в информационной платформе, если каждая технология требует организации собственного процесса со своим программным ядром, т.е. допускается осуществле¬ ние различных технологий самонаве¬ дения одним и тем же устройством, входящим в состав системы самона¬ ведения. В комбинированной системе са¬ монаведения обычно выделяют в ин¬ формационной или/и физической платформах ракеты по соответст¬ вующим реализуемым технологиям наведения свои независимые каналы наведения. Дальнейшим развитием техноло¬ гии командного наведения ракет на цели, в том числе и на акторы, явля¬ ется способ наведения «через раке¬ ту», когда на ракете используется ко¬ ординатор, следящий за целью по сигналам подсвета. В данном случае непосредственно на ракете не выраба¬
тываются команды управления раке¬ той, а информация о положении ли¬ нии визирования ракета-цель по ра¬ диолинии передается с борта ракеты в РУК (чаще всего, наземный) на вы¬ числитель, который вырабатывает команды управления на основе имеющейся информации о положе¬ нии цели и ракеты, принятой от сис¬ темы наведения по радиолинии. В этом случае упрощается бортовая аппаратура ракеты и повышается точность наведения ракеты на цель за счет использования наземных средств обработки информации. В связи с внедрением в радиолокации фазированных антенных решеток функции визирования цели, ракеты и подсвета цели могут выполняться одним многофункциональным ра¬ диолокатором [522]. При командном наведении, в принципе, информация о зоне боевых действий также может быть исполь¬ зована на конечном участке и, более того, осуществлено высокоточное на¬ ведение с помощью РУК, но оно уже не будет автономным, а значит, само¬ наведением. Такой способ высоко¬ точного наведения с трансляцией изображения фоноцелевой обстанов¬ ки оператору для осуществления ра¬ диокоррекции широко используется в ВТО малой и средней дальности. Изображение цели автоматически пе¬ редается в РУК, и оператор совмеща¬ ет точку прицеливания с целью. Этот режим эффективен и в режиме дейст¬ вий по внезапно обнаруженной цели. Навигационное наведение не ис¬ ключает возможность коррекции тра¬ ектории (туннеля навигационных па¬ раметров). Например, обзорно-срав¬ нительные методы навигации пред¬ ставляют непрерывную коррекцию такой траектории полета боевого бло¬ ка. Чаще всего, однако, такая коррек¬ ция проводится «точечно» на отдель¬ ных участках траектории, в том числе и по изображению «издали» района расположения цели. Точка поворота маршрута есть частный случай нави¬ гационного промежуточного пункта маршрута, где осуществляется кор¬ рекция траектории полета ракеты, не обязательно сопровождающаяся из¬ ломом траектории. Здесь изменяется требуемый профиль полета по высоте и курсу. В этом случае говорят о формировании и наличии опорного маршрута, играющего роль простран¬ ственно-временного графика, кото¬ рый задается в виде последовательно¬ сти промежуточных пунктов маршру¬ та в исходных данных для расчета боевого задания ракеты. В зависимо¬ сти от назначенного боевого порядка и конфигурации опорного маршрута, он является основой для построения реальной линии пути для каждой ра¬ кеты из состава данного боевого за¬ дания. На языке туннеля навигационных парамет¬ ров можно утверждать, что в промежуточ¬ ном пункте маршрута осуществляется кор¬ рекция формы и размеров такого туннеля. Технология коррекции фиксируется в на¬ звании соответствующего механизма, на¬ пример, инерциальное наведение с радио¬ коррекцией, тепловизионно-командное, инерциально-спутниковое, навигационно¬ командное, командно-инерциальное наве¬ дение и т.д.
Возможности комплекса ВТО при переходе от командного наведения к самонаведению ■ Наведение ракеты без непрерыв¬ ного сопровождения цели. Это позволяет ракетоносцу осу¬ ществлять выход из-под ответной атаки. Если пуск ракеты осуществлен, то выполняется принцип «выстре- лил-забыл (ушел)» с обеспечением возможности маневра уклонения от встречной атаки ракетами противни¬ ка. ■ Повышение достоверности ин¬ формации о фоноцелевой обста¬ новке, используемой при осуще¬ ствлении избирательного пора¬ жения, особенно целей-акторов, поскольку эта информация полу¬ чена прямо на борту ракеты вблизи района расположения це¬ ли (достоверность информации становится также высокой и при командном наведении по транс¬ лируемому с борта ракеты изо¬ бражению фоноцелевой обста¬ новки, но здесь ликвидируются все остальные преимущества са¬ монаведения, прежде всего авто¬ номность функционирования). ■ Возможность организации авто¬ матического сопровождения це¬ ли, при котором объединяются в единое целое режимы наблюде¬ ния фоноцелевой обстановки и управления ракетой, что позво¬ ляет эффективно задействовать и распределять информационные ресурсы системы самонаведения. ■ Обеспечение повышенной скрыт¬ ности действий, при которой сигналы излучений РУК и систе¬ мы самонаведения сводятся к минимуму или полностью устра¬ няются, благодаря чему снижает¬ ся вероятность воздействия по¬ мех противника на систему ра¬ диоуправления вооружением или применения им противорадиоло- кационных ракет. ■ Возможность пуска одновремен¬ но нескольких ракет по несколь¬ ким целям. ■ Решение проблемы совместимо¬ сти ракеты с РУК, имеющие раз¬ личные параметры излучений. Перечисленные признаки само¬ наведения окончательно «разводят» содержание понятий наведение и са¬ монаведение, точнее, обособляют собственно процедуру самонаведения от более общего понятия «наведе¬ ние», даже когда при наведении ис¬ пользуются обзорно-сравнительные технологии навигации. Сформированная система понятий позво¬ ляет учесть специфику избирательного по¬ ражения, таких целей как акторы, в качест¬ ве которых могут выступать динамичные (высокоскоростные и высокоманеврирую- щие) цели, а также изменяющие свои неко¬ ординатные характеристики. Каждому типу наведения соот¬ ветствует своя навигационная или прицельная информация, циркули¬ рующая в информационной платфор¬ ме системы самонаведения, чаще все¬ го, в виде соответствующих сервисов. Порядок предоставления информации устанавливается скриптом при реали¬ зации миссии по гарантированному избирательному поражению цели.
В информационной платформе комбинированной системы самонаве¬ дения, где предусматривается реализа¬ ция нескольких типов наведения, со¬ ответствующие процессы отмечаются модификаторами, позволяющими оп¬ ределить логику переключения или подключения каналов в зависимости от требуемого потока данных о фоно¬ целевой обстановке и текущей ситуа¬ ции. Применительно к реализуемым технологиям при комбинированном самонаведении часто говорят о нали¬ чии в информационной платформе шаблонов операций, превращаемых в процессы, если по определенной ко¬ манде задействуется соответствующий модификатор, или поток данных о фо¬ ноцелевой обстановке опять же через модификатор управляет «наполнени¬ ем» шаблона информационными ре¬ сурсами (например, об осуществлении противодействия), вплоть до его функционирования как процесса. Для баллистических ракет край¬ не тяжело корректировать траекторию полета, особенно на баллистическом участке, а потому для них, по сущест¬ ву, возможно лишь навигационное (программное) наведение в соответст¬ вии с пространственно-временным графиком полета. Другими словами, скрипт фиксирован. Здесь качество избирательного поражения напрямую зависит от тщательности выполнения процедур по подготовке ракетного оружия к старту и учета текущих фак¬ торов, влияющих на траекторию по¬ лета (координаты старта, состояние трассы, прогнозируемое поведение ракеты и т.п.). Эти процедуры совер¬ шаются в рамках информационно¬ баллистического обеспечения боевого применения. При этом нужно учиты¬ вать, что закон изменения скорости ракеты по времени включает два уча¬ стка: стартовый и пассивный. Первый характеризуется малой продолжи¬ тельностью и резким возрастанием скорости полета. Второй участок со¬ ответствует свободному полету раке¬ ты и характеризуется существенным изменением скорости полета. По существу, информационная платформа автономного самонаведе¬ ния, характерного для баллистиче¬ ских ракет, целиком зависит от обли¬ ка ракеты, который формируется еще на стадии проектирования. По этой причине заявляют о необходимости совершения именно баллистического проектирования, в качестве которого понимается этап проектирования об¬ лика ракеты, на котором при извест¬ ных весовых параметрах и аэродина¬ мических характеристиках ракеты производится определение режима работы двигательной установки. Эта задача тесно связана с задачей иссле¬ дования оптимальных режимов поле¬ та ракеты при программном наведе¬ нии. Баллистическое проектирование свойственно также разработке не¬ управляемого ракетного оружия [403], которое, будучи полностью ав¬ тономным, «командно управляется стартом». Взаимосвязанные задачи навигационного наведения (соответствующего скрипта) в современном понимании ■ Задача навигации - определение координат местоположения и
других параметров поступатель¬ ного движения ракеты как мате¬ риальной точки. ■ Задача ориентации - определе¬ ние углового положения и дру¬ гих параметров вращательного движения ракеты вокруг его цен¬ тра масс. ■ Задача управления - вождение (т.е. управление, наведение) ра¬ кеты таким образом, чтобы обес¬ печивалось ее движение по за¬ данной траектории. Естественно, что ВТО при нави¬ гационном самонаведении должна об¬ служивать высокоточная навигация [559]. Принципы, на которых основана высокоточная навигация ■ Использование навигационных средств высокого класса точно¬ сти. ■ Точная геодезическая привязка ориентиров, включая точку старта ракеты и точку прицели¬ вания. ■ Использование детальной моде¬ ли для ракеты и трассы распро¬ странения. ■ Синхронизация режимов полета ракеты, а также сигналов, по ко¬ торым осуществляется навигаци¬ онное наведение. ■ Точное знание величины скоро¬ сти распространения навигаци¬ онных сигналов. ■ Разделение навигационных сиг¬ налов ориентиров (опорных станций) (территориально-вре- менное, частотное, кодовое, по¬ ляризационное). Первые системы наведения, об¬ служивающие авиационное средство, названное авиационной торпедой, появились во время Первой мировой войны, правда, они тогда показали свою полную неэффективность. Соз¬ дателями такой авиационной торпеды были О. Райт, Е. Сперри и Ч.Ф. Кат- теринг. Хотя идея доставки боеприпа- са к цели в нужное место и в нужное время всегда довлела над создателями оружия. В гл. 1 уже говорилось о древнегреческой мечте - всегда по¬ ражающем копье легендарного охот¬ ника Кефала. В этот разряд можно отнести подкопы с порохом под самое уязвимое и доступное место крепости, использование брандеров (брандер - судно, начиненное горючими и взрывчатыми веществами для подрыва объектов противника), торпеды и самоле¬ ты с камикадзе, атака самолетов террори¬ стов на башни-близнецы Нью-Йорка, воз¬ душные и морские тараны времен Второй мировой войны. Так досаждающие сего¬ дня миру террористы-смертники, как не странно, реализуют также идею самонаве¬ дения. Применительно к дистанцион¬ ному наведению с радиоуправлени¬ ем следует упомянуть об одной из работ военного назначения изобре¬ тателя радио А.С. Попова. Докумен¬ тально установлено, что по распо¬ ряжению Морского технического комитета (членом которого он оста¬ вался до конца жизни) ему в конце 1904 г. была предоставлена кора¬ бельная радиостанция для опытов с управляемым брандером. Однако
подробности этой работы документ не раскрывает. Итак, сегодняшние системы са¬ монаведения являются системами ра¬ диоуправления, которые, по крайней мере, на конечном участке полета ра¬ кеты осуществляют с помощью ее ра¬ диоэлектронных сенсоров самостоя¬ тельное (автономное) наведение в пространственно-временную область, определяемую неким заданным зара¬ нее или формируемом в процессе движения ракеты описанием (пред¬ ставлением, образом, моделью) цели. Момент начала автономного наведе¬ ния (самонаведения) называется за¬ хватом цели системой самонаведе¬ ния. Захват рассматривается как про¬ межуточный этап в процессе обра¬ ботки информации о цели между ее обнаружением и сопровождением. Он производится (полуавтоматически или автоматически) радиолокацион¬ ными и оптическими средствами об¬ зора, обнаружения и слежения за це¬ лью, входящими в структуру систем самонаведения, самолетных станций перехвата и прицеливания. При захва¬ те цели радиолокационной системой самонаведения захват производится раздельно по дальности, угловым ко¬ ординатам и скорости полуавтомати¬ чески или автоматически. Иногда в этом контексте говорят о захвате и наводимой на цель ракеты (при ко¬ мандном наведении). В этом случае вводят характеристику командного наведения, называемую дальностью захвата цели. Именно, самонаведение по формируемому при подлете к цели образу окружающей ракету зоны боевых действий с использо¬ ванием уже заранее накопленной информа¬ ции об этом районе позволяет поразить движущиеся цели, скорректировать полет ракеты при избирательном поражении, учесть изменение помеховой и фоноцеле¬ вой (можно считать, окружающей) обста¬ новки, изменить режимы функционирова¬ ния бортовых радиосредств вплоть до пе¬ ренацеливания, например, на внезапно об¬ наруженные цели, осуществить эффектив¬ ный информационный обмен при ведении групповых действий. Одна из основных характери¬ стик и преимуществ автономного ВТО - реализация избирательного поражения целей, в том числе и ак¬ торов, вне зависимости от дальности полета ракет. Логическое отношение включе¬ ния относительно систем наведения и самонаведения отображает и генети¬ ческую взаимосвязь между указан¬ ными системами управления. Появле¬ ние и развитие систем самонаведения базируется на «завоевании» система¬ ми наведения определенной очень значимой ниши в системе вооружения ВТО. Системы самонаведения в своем развитии отталкиваются от систем наведения. Именно по этому пути идет обеспечение ВТО режимом групповых действий. В 2016 г. как раз наблюдается, скорее, стадия разра¬ ботки систем группового наведения, нежели систем группового самонаве¬ дения. Как уже отмечалось, а теории управления различают системы про¬ граммного управления (разомкнутые системы) и системы управления по
принципу обратной связи (замкнутые системы), которые чаще всего назы¬ вают системами позиционного управ¬ ления. Системы самонаведения реали¬ зуют позиционное управление, а со¬ стояние ракеты кроме времени в ка¬ честве своего аргумента содержит еще и свои текущие координаты (аб¬ солютные или относительные по от¬ ношению к цели) или/и текущее со¬ стояние системы наведения (отсюда и возникают термины «обратная связь», «замкнутая система»). Имен¬ но, когда формируют закон позици¬ онного управления, то говорят о син¬ тезе управляемой (регулируемой) системы наведения. Примером ра¬ зомкнутой системы среди систем на¬ ведения и самонаведения являются только системы программного само¬ наведения. Функции, решаемые системой программного наведения, в теории управления относятся к задачам пла¬ нирования маршрута для мобильного робота. Целью соответствующей управляющей системы здесь являет¬ ся достижение ракетой при заданной ориентации подхода к цели места назначения с рациональным расхо¬ дованием ресурса, обеспечение за¬ данных режимов функционирования и т.п. Чаще всего в этом случае гово¬ рят, что путь летающего робота (которым несомненно является бое¬ вое ракетное средство) планируется заранее в режиме off-line. Очень часто этот режим стали удачно на¬ зывать режимом наблюдения. В этом случае можно услышать, что одной из функций информационного кана¬ ла системы наведения, является очувствление соответствующих бое¬ вых роботов. В режиме off-line функционируют и системы навига¬ ционного наведения. Off-line- системы наведения характеризуются тем, что необходимые сведения вво¬ дятся в систему заранее (например, в виде пространственно-временных графиков), данные и знания о мар¬ шруте полета в интервалах между процедурами коррекции (которые также предусматриваются off-line) не изменяются в сеансе решения за¬ дачи, и время реакции, вообще гово¬ ря, достаточно большое, измеряется минутами и часами, в отличие от систем самонаведения ВТО в реаль¬ ном времени со значительно мень¬ шим временем реакции, измеряемой в миллисекундах. В рассматриваемой задаче наве¬ дения off-Нпе-планирование (полет¬ ное задание) осуществляется в пред¬ положении, что окружающая функ¬ ционирующее ракетное оружие об¬ становка известна полностью, ста¬ тична и ракета (робот) может реализовать этот путь в точности так, как он запланирован. Однако ограничения off-line-пла- нирования (неполнота информации) подводят разработчиков ВТО к изу¬ чению планирования в реальном вре¬ мени, т.е. в процессе движения раке¬ ты. Это осуществимо, если обеспе¬ чить приобретение текущих знаний о среде с помощью сенсорных датчиков и использовать эти знания для пре¬ одоления препятствий в процессе пе¬ ремещения в среде (для ракетного оружия - в реальных условиях). В
этом случае говорят об on-line-пла- нировании или планировании в ре¬ альном времени. Следовательно, функции наведения соот¬ ветствуют реализации off-line-планирова- ния, а самонаведения - on-line. Иногда отходят от указанной ди¬ хотомии в классификации информа¬ ционных систем, обеспечивающих избирательное поражение цели сред¬ ствами ВТО, и вводят в рассмотрение еще ряд разновидностей принципов наведения (табл. 2.1). Таблица 2.1 Классификация принципов наведения Принцип наведения Тип системы наведения Самонаведение (пассивное, полуактив- ное, активное) Лазерная, телевизионная, тепловизионная, радиолокационная (активная или пассивная), радиометрическая, радиолокационная по излучающим целям, радионавигационная космическая (ра¬ дионавигационная космическая GPS/TJIOHACC) Теленаведение По радиолучу, по телевизионно-командной линии связи, по во¬ локонно-оптической линии связи Автономное Программная, инерциальная, инерциальная с коррекцией Управления по радиозоне Параметры рассогласования текущего полета ракеты от требуе¬ мой траектории, заданной чаще всего в виде равносигнальной зоны (направления), формируются на борту ракеты объекта управления по несоответствию его текущего положения требуе¬ мым значениям. Эти команды передаются затем на борт ракеты для коррекции ее траектории. Наведение через ракету На ракете используется координатор (подсистема системы самона¬ ведения), следящий за целью по сигналам подсвета. Информация от координатора передается с борта ракеты на наземный вычислитель, который вырабатывает для ракеты команды управления Комбинированное (смешанное) Теленаведение на начальном участке и самонаведение на конеч¬ ном участке полета ракеты, или автономное наведение на на¬ чальном и среднем участках и самонаведение на конечном уча¬ стке траектории полета ракеты, вначале управление по радиозо¬ не, а затем самонаведение. Вместе с тем, наиболее эффек¬ тивный план избирательного пораже¬ ния цели (скрипт) может быть вы¬ бран, если результаты каждого вари¬ анта решения рассматриваются в кон¬ кретной тактической ситуации. Воз¬ можно применение иерархических моделей, в которых рассматриваются подзадачи как составные части ос¬ новной задачи, а также модели выбо¬ ра способа ее выполнения с учетом тактических возможностей и ограни¬ чений. На этом пути и формируются комбинированные системы самонаве¬ дения, точнее, их скрипт. Главным аспектом отнесения той или иной системы наведения к классу систем самонаведения или навигаци¬ gasass ±№» »eseaaa&ssab Щ 151 1 Ш1 п ** "г р . яяш ш # & шншв
онного наведения выступает закон управления полетом ракетой. Можно представить ситуацию, когда инфор¬ мация о фоноцелевой обстановке, где расположена цель, поступает в ин¬ формационную платформу ракеты из¬ вне - от других систем, однако систе¬ ма самонаведения, базируясь на этой информации, сама формирует закон управления полетом ракеты и приве¬ дением состояния ракеты для избира¬ тельного поражения цели, а затем реализует такое поражение. Это заме¬ чание важно при рассмотрении груп¬ повых действий средств ВТО. Система самонаведения рассмат¬ ривается, таким образом, в математи¬ ческом смысле как модель (см. гл. 1), а в информационном - как информа¬ ционная платформа ракетного боево¬ го средства, обеспечивающего за тре¬ буемый промежуток времени самона¬ ведение на заданную цель. (Мы тем самым в этой сентенции для подчер¬ кивания сущности самонаведения не¬ существенно сократили цепочку аген¬ тов, участвующих в осуществлении самонаведения: ракета —> —> система самонаведения —» —> информационная платформа). Кроме ракет, объектами для со¬ вершения самонаведения могут вы¬ ступать вертолеты, самолеты, управ¬ ляемые авиационные бомбы, спутни¬ ки, космические аппараты, наземные, надводные и подводные боевые сред¬ ства, а также другие, во многом экзо¬ тические пока транспортные боевые объекты, например «летающие тарел¬ ки», подземные боевые роботы и т.д. Роботизация боевых систем ближайшего будущего, в том числе ракетно¬ артиллерийского вооружения, - не мод¬ ный тренд, а насущная необходимость. В настоящее время в системах вооруженной борьбы информационная составляющая превалирует над энергетической [54]. Об¬ разно говоря, важнее (и на данном этапе сложнее) разведать объект, сформиро¬ вать, довести и при необходимости по¬ стоянно отслеживать «формуляр» цели, т.е. ее состояние и перемещение, чем вы¬ вести из строя этот объект тем или иным средством поражения. К тому же ужесто¬ чаются требования и к временному ин¬ тервалу поражения цели, в связи с чем возрастает роль высокоточных боеприпа¬ сов на основе управляемых и корректи¬ руемых артиллерийских снарядов, позво¬ ляющих вывести из строя цель практиче¬ ски с одного выстрела. К данному классу боеприпасов можно отнести корректируемые авиа¬ ционные бомбы, минибомбы для бес¬ пилотных аппаратов и даже пули, имеющие полуактивную систему на¬ ведения с внешней подсветкой цели лазерным лучом. Если отстроиться от требования обязательной принадлежности систем самонаведения только ракетному оружию, то канонической системой самонаведения следует считать также человека (причем, для любых жиз¬ ненных ситуаций), да и вообще, лю¬ бое животное, включая простейших. В истории техники неоднократно бы¬ ли попытки использования человека (камикадзе) и животных (собак, дель¬ финов, птиц, обезьян и т.п.) для обес¬ печения самонаведения разнообраз¬
ных подвижных объектов, в том числе и авиационных, причем доведенные до боевого применения. Правда, по целому ряду причин эффективность подобного самонаведения получалось низкой, хотя нынешние успешные действия террористов-смертников и особенно организованный ими авиа¬ налет гражданских боингов на гг. Нью-Йорк и Вашингтон 11 сентяб¬ ря 2001 г. вполне попадают под «био¬ логическую» реализацию процедур самонаведения. Следует отметить, что биологические объ¬ екты в плане своего поведения могут быть «полностью» системами самонаведения. Хотя участие человека для ВТО как раз га¬ рантия того, что это оружие реализует тех¬ нологию навигационного наведения на цель (если, конечно, человек не отдает на каком-то участке траектории свои полно¬ мочия ракете), но, как уже отмечали, само¬ наведение выявляется только тогда, если ракете в определенные моменты приходит¬ ся действовать не по формируемой в про¬ цессе движения траектории или установ¬ ленной ей заранее программе полета. Чело¬ век же всегда четко и достаточно полно планирует свои действия, применительно к ВТО - вплоть до выбора траектории полета ракеты на любом участке. Для него проце¬ дуры самонаведения и навигационного на¬ ведения неразделимы. На основе отмеченной «генети¬ ческой связи» систем самонаведения с биообъектами, в той или иной сте¬ пени обеспеченных интеллектом, можно любую систему самонаведения отнести к разряду интеллектуальных, где, как и у живых организмов, ин¬ теллектуальность может проявляться в разной степени и по-разному. Кроме того, эта же аналогия позволяет счи¬ тать, что в системах самонаведения, как и у биологических существ, могут задействоваться разнообразные сен¬ соры, различающиеся как по своим функциональным возможностям, так и по своим принципам действия, но стремящиеся интегрироваться в еди¬ ную систему для эффективной орга¬ низации управления своим состояни¬ ем и перемещением в пространстве и времени. В инфокоммуникационных сис¬ темах агрегирование - это техноло¬ гия объединения нескольких парал¬ лельных (физических) каналов пере¬ дачи данных в один логический. Ка¬ нонической процедурой агрегирова¬ ния является представление сово¬ купности сигналов в виде вектора, матрицы, записи, массива при соот¬ ветствующем согласовании времен¬ ной динамики. Агрегирование по¬ зволяет совокупность объектов рас¬ сматривать как составной объект. Одному логическому устройству может соответствовать несколько физических или одно физическое устройство может использоваться как несколько логических. Соответ¬ ствие между логическими и физиче¬ скими устройствами может меняться во время работы системы. Сигналь¬ ный портрет присущ только физиче¬ скому каналу, а информативный - логическому, причем вид такого портрета изменяется в зависимости от допускаемого уровня абстракции. Агрегирование формирует свой ин¬ формативный портрет.
Для радиоэлектронных систем специально выделяют еще один вид информативного портрета -радиоизо¬ бражение. Радиоизображение можно считать агрегированным информа¬ тивным портретом, составленным из информативных портретов объектов наблюдения. Сегодня самой популяр¬ ной технологией агрегирования вы¬ ступает фильтр Калмана. В этом от¬ ношении системы самонаведения, как информационные сенсорные датчики с соответствующими средствами вы¬ работки управляющих решений, яв¬ ляются интегрированными система¬ ми, если интегрированность понимать как совокупность двух или более взаимоувязанных систем, в которой функционирование одной из них за¬ висит от результатов функционирова¬ ния другой (других) так, что эту сово¬ купность можно рассматривать как единую систему [497, 533, 177, 385, 186, 726,517]. На стыке биологии и радиоэлектроники появляется новое направление развития беспилотных летательных аппаратов, ак¬ тивно использующих технологии высоко¬ точного самонаведения - нанороботы. Се¬ годня в США полным ходом идут исследо¬ вания киборгов насекомых (пчелы, осы, бабочки и пр.), создаваемых путем вживле¬ ния в их организм сверхминиатюрных на- ноэлектронных передатчиков. С помощью таких устройств предполагается осуществ¬ лять разведку и поиск на расстоянии, а также управление избирательным пораже¬ нием сильнодействующими ядами опреде¬ ленных людей, «электронный портрет» ко¬ торых заранее вводится в память этих ле¬ тающих живых роботов. Наноустройства также находятся в стадии активной разработки. Их на¬ правление, аналогичное киборгам, - разведка и скрытое проникновение, но перспективы сравнительно боль¬ шие. На конечном этапе может быть создан боевой «нанит», способный, объединяясь по команде с другими аналогичными устройствами, созда¬ вать облачные образования, которые при атаке будут способны выводить из строя боевую технику, системы связи и управления, так же как сего¬ дня мошкара способна за короткое время обескровить и даже убить мощное животное, не имеющее про¬ тив нее эффективной защиты. Естественно, что в рамках кон¬ версии и диверсификации оборонного производства уже предложены и по¬ стоянно предлагаются гражданские применения подобных технологий самонаведения - при «точной» дос¬ тавке разнообразных объектов, по¬ садке на необорудованные объекты, да еще и небольшой площади, транс¬ портировке лекарств, датчиков, реак¬ торов и реагентов внутри биообъекта к его органам, при создании систем «внутренней» диагностики техноген¬ ных объектов (например, внутри тру¬ бопроводов авиационных двигателей, оборудования атомных электростан¬ ций и химических производств), а также средств охраны. Однако техно¬ логии наведения были ограничены долгое время только военными при¬ ложениями, в частности, для наведе¬ ния крылатых ракет и аналогичных им боевых объектов. Стимулом к ак¬ тивному применению и дальнейшему их развитию в последнее время по¬
служило широкое использование ме¬ тодов навигации вообще и методов навигации с использованием карт в различного рода автономных робото¬ технических системах, наземных транспортных средствах [391, 782, 863], пешеходной навигации. Приме¬ нительно к таким приложениям не¬ редко используется термин - map- matching method {метод согласования с картой). Система самонаведения призвана само¬ стоятельно (автономно) управлять неким движущимся объектом (или совокупностью объектов) в соответствии с текущей обста¬ новкой (осуществлять текущее наведение), а также определять моменты включения разнообразных систем и средств, находя¬ щихся на этом подвижном объекте. Итак, система самонаведения, точнее, фор¬ мируемая ею ракетная часть информацион¬ ной платформы автономно реализует две взаимообусловленные основные функции - дистанционного наблюдения окружающей фоноцелевой обстановки (точнее, органи¬ зации процедуры получения требуемой информации о ней) [862] и выработки сиг¬ налов управления состоянием и траектори¬ ей полета ракеты. Эти основные функции (процесса) дифференцируются в совокуп¬ ность частных (парциальных) процессов, транслируемых в структуру информацион¬ ной платформы РУК и самой системы са¬ монаведения. Как правило, получение инфор¬ мации об окружающей фоноцелевой обстановке организуется на борту ра¬ кеты. Необходимость включать в структуру информационной платфор¬ мы ракеты соответствующую сенсор¬ ную подсистему, осуществляющую ор¬ ганизацию потока данных от внешней среды согласованно с подсистемой цифрового управления ракетой, обу¬ словлена тем обстоятельством, что время, затрачиваемое на дистанцион¬ ное наблюдение окружающей обста¬ новки, входит в цикл управления и яв¬ ляется составляющей времени реакции системы самонаведения на динамиче¬ скую фоноцелевую обстановку и наме¬ рения сторон при дуэльной ситуации. Такая динамичность исключает какой-либо временной ресурс на об¬ мен информацией с удаленными ее носителями. Важное место в проект¬ ном процессе систем самонаведения, призванном спланировать взаимоза¬ висимое функционирование этих под¬ систем, занимает моделирование, ко¬ торое должно быть согласованным для обоих процессов. В этом случае удается применять технологии проек¬ тирования, управляемого моделями (MDD - Model Driven Development), а также автоматные модели при проек¬ тировании систем управления, к како¬ вым относятся системы самонаведе¬ ния ВТО. СОСТОЯНИЯ РАКЕТЫ И СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ Как видно из приведенного опреде- изменением состояния движущегося объ- ления самонаведения (как впрочем, и во- екта - ракеты, в структуре которой дейст- обще наведения), оно напрямую связано с вует система самонаведения. Состояние 1 & 155 |
системы - важнейший объект ее онтоло¬ гии. Эту связь можно обозначить еще рез¬ че - в понятийной интерпретации состоя¬ ние объекта определяет экономный набор понятий, необходимых для формирования сигнатур модели объекта. Состояние - это оригинал модели объекта в рамках теории управления. Например, координатные и некоординатные характеристики цели (сигнатура модели цели) есть ее состояние, поскольку они определяют то, что следует знать комплексу ВТО в настоящий момент времени, чтобы осуществить избиратель¬ ное поражение. Соответственно, целям достаточно оказывать эффективное проти¬ водействие комплексу ВТО, воздействуя только на свои координатные и некоорди¬ натные характеристики. Состояние акто¬ ров, таким образом, должно отражать он¬ тологию функционирующего против них комплекса ВТО. В соответствии с систем¬ ным подходом выбор «минимальных» он¬ тологии и состояния определяется в пер¬ вую очередь функциями системы, для под¬ держания которых эти сущности форми¬ руются и привлекаются. Соответственно, мобильность - это способность к изменению своего места, положения в пространстве с течением времени. Если в процессе самонаведения изменяются еще и состояния ракеты (сис¬ темы самонаведения), то понятие мобиль¬ ности по отношению включения считает¬ ся частным для понятия динамичность или, просто, динамики, причем динамич¬ ность не обязательно предполагает мо¬ бильность, если, например, осуществляет¬ ся изменение только «нетраекторного» состояния системы. Повторяем, онтология комплекса ВТО задает структуру для его состояния - со¬ стояние есть совокупность характеристик для онтологии. Множество состояний системы есть ба¬ зовое множество для модели системы, на котором определяется модель с сигнатура¬ ми «наведение» и «самонаведение», а затем и соответствующая формальная теория для характеристики ее динамики (гл. 1). Удоб¬ но фиксировать еще и макросостояние РУК и системы самонаведения. Изменение состояния (макросостоя¬ ния), т.е. динамичность или мобильность, в зависимости от конкретных реализуемых задач интерпретируется как движение, или поведение системы в пространстве (на множестве) состояний, или, наконец, как процесс функционирования системы. Состояние системы самонаведения - это характеристики движения ракетного средства поражения, прежде всего, его траек¬ тории и его углового положения, а также со¬ вокупность параметров, определяющих «внутренние» закономерности функциониро¬ вания ракеты, влияющие на ход выполнения задачи по гарантированному избирательному поражению цели, решаемой ракетой в про¬ цессе ее наведения (самонаведения). Разумеется, огневые возможности комплекса ВТО определяются не только ра¬ кетой, боеприпасом и системой самонаве¬ дения, но и РУК. Такая оценка, в первую очередь, обеспечивается указанием дося¬ гаемости и радиуса действия комплекса ВТО. Досягаемость характеризуется отно¬ сительным удалением от точки старта гра¬ ниц минимальной дальности стрельбы и максимальной дальности стрельбы. Дося¬ гаемость оценивается с учетом условий вы¬ полнения стрельбы, данных полетного за¬ дания по форме траектории в вертикальной и горизонтальной плоскостях, по зонам коррекции траектории, количеству и разме¬ рам запретных и опасных зон ПВО и т.д.
Оценка погрешности функционирования СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ И САМОНАВЕДЕНИЯ Использование операторного пред¬ ставления для процессов наведения и само¬ наведения позволяет вскрыть механизм по¬ явления соответствующих ошибок при осуществлении избирательного поражения. Так может быть определена ошибка (погрешность) траекторного наведения ра¬ кетой: А, =Р,{Т, (*,-i , 1,-\) Д) - х, = х, - х,. (2.17) Как видно из (2.17), процедура оценки этой ошибки сводится к сравнению реаль¬ ной траектории полета ракеты с заданной. Данная ошибка в теории стрельб часто на¬ зывается рассеиванием - несовпадение дей¬ ствительной траектории полета ракет с за¬ данной (номинальной). Погрешность траекторного наведения характеризует ошибки в «создании» траек¬ тории, по которой должна наводиться раке¬ та. С помощью теории чувствительности можно «дифференцировать» эту ошибку формирования параметра рассогласования по составляющим ошибок отдельных сис¬ тем. Решая обратную задачу, можно рассчи¬ тать максимально допустимые ошибки в функционировании отдельных систем, при которых ошибка управления полетом раке¬ ты не превышает заданную величину. Как видно из (2.17), основным, фиксируемым явно в этой записи источником погрешно¬ сти, является несоответствие влияющих на качество избирательного поражения неучи¬ тываемых факторов Zt с их «номинальны¬ ми» значениями Z,, принимаемыми к ис¬ пользованию при осуществлении стрельбы. Итогом проявления погрешности тра¬ екторного наведения (поскольку оценивает¬ ся в конце траектории - в районе осуществ¬ ления избирательного поражения) для ком¬ плекса управления стрельбой выступает в качестве рассеивания явление случайных отклонений точек падения боевого заряда (снаряда) от точки прицеливания, при стрельбе (пуске) из одного и того же ору¬ жия в практически одинаковых условиях, происходящее под влиянием различного рода возмущающих факторов внутренней и внешней баллистики. Рассеивание снарядов обычно «встраивают» в некий эллипс. Для систем самонаведения говорить о рас¬ сеянии, как о характеристике некоего дос¬ таточно большого множества, вряд ли уме¬ стно, поскольку каждое боевое применение комплекса ВТО «штучное» событие, оце¬ ниваемое индивидуально. Именно по этой причине при характе¬ ристике комплекса ВТО и систем самонаве¬ дения четко различают зону достоверного поражения и зону вероятного поражения. В зоне достоверного поражения для характе¬ ристики точности комплекса ВТО чаще ис¬ пользуют мгновенные (текущие, точечные), а не интегральные показатели. Можно с по¬ мощью таких «зонных» сущностей сле¬ дующим образом оценить характер ВТО. Оно гарантированно (достоверно) поражает цель (попадает в цель), но оценка избира¬ тельности поражения заставляет прибегать к рассмотрению зоны вероятного пораже¬ ния с соответствующими характеристиками неопределенности. В качестве мгновенных показателей, характеризующих точность в конкретные моменты времени, используют¬ ся промахи и ошибки управления. Другой способ оценки несоответствия процедуры избирательного поражения за¬ данной сводится к оценке разности опера¬ торов Tt и F~x : А, = 7; (хм, Z,_,) - F,-' (i,_,, Zt_x). (2.18) Величина А может быть названа достоверностью проводимых измерений,
обеспечивающих процесс самонаведения. Эту погрешность можно называть по¬ грешностью метода наведения, посколь¬ ку она определяет в оцениваемых систе¬ мой наведения точностных параметрах разность требуемой для избирательного поражения процедуры наведения и реали¬ зуемой на самом деле. Здесь управление наведением на цель базируется на точном знании координат цели и ракеты, и это знание гарантирует избирательное пора¬ жение цели. Навигация и самонаведение Важным понятием для навигационной технологии наведения и/или самонаведения, особенно в спутниковой ипостаси, выступа¬ ет доступность навигации - характеристи¬ ка, или показатель, отражающая возмож¬ ность потребителя на заданном временном интервале и в данном регионе воспользо¬ ваться радионавигационным полем для на¬ вигации с заданной точностью. Для формулировки, а тем более для реше¬ ния навигационной задачи, соответствую¬ щей осуществлению самонаведения ВТО, необходимо знать (в процессе полета - на¬ блюдать, измерять) определенный набор характеристик ракеты, называемых ее на¬ вигационными параметрами и соотносить их с соответствующим туннелем. Навигационные параметры выявляют¬ ся как для вектора требуемых параметров xt, так и для вектора фактически осуществ¬ ленной траектории xt и вектора текущего состояния ракеты xt . В их число входят, прежде всего, географические (геометриче¬ ские) координаты, определяющие место ра¬ кеты в данный текущий момент времени, векторы скорости и ускорения. Положение центра масс на траектории характеризуется дуговой координатой, под которой понима¬ ется расстояние вдоль траектории. К числу навигационных параметров относят также дальности до контрольных (характерных) точек и их азимуты, отклонения от заданной траектории (угловые и линейные), угловые координаты ракеты, такие как курс, крен, тангаж (а в последнее время и угловую ско¬ рость разворота), т.е. те параметры, которые необходимы для управления полетом раке¬ ты. Следовательно, навигационные пара¬ метры - это составляющие вектора требуе¬ мых параметров, фактически осуществлен¬ ной траектории и текущего состояния раке¬ ты, которые соответствуют специфике нави¬ гационных задач. Это принципиально координатные характеристики только раке¬ ты, хотя эти параметры могут оцениваться и относительно цели или точки прицеливания. В случае вовлечения цели в навигационное наведение она играет роль навигационного ориентира, относительно которого оценива¬ ются координатные характеристики ракеты. По этой причине, методы оценки навигаци¬ онных параметров будем рассматривать, в том числе, и с точки зрения определения от¬ носительных координат цели и ракеты. При навигационном наведении и са¬ монаведении основные навигационные па¬ раметры ракеты могут быть определены тремя способами: ■ методы счисления пути; ■ позиционные методы; ■ обзорно-сравнительные методы. Методы счисления пути основаны на измерении составляющих вектора скорости (или ускорения) движения ракеты в некото¬ рой системе координат и их интегрирова¬ нии (или двойном интегрировании) во вре¬ мени с целью получения счисленных значе¬ ний координат движущейся ракеты. Позиционные методы навигации чаще всего используют РУК и основаны на изме¬ рении физических величин (как правило,
соответствующих этим величинам характе¬ ристик сигнала), фиксированное значение каждого из которых формирует линию или поверхность положения, пересечение кото¬ рых определяется местоположение ракеты или РУК. Обзорно-сравнительные (корреляци¬ онные) методы наведения ВТО основаны на обзоре окружающей местности и срав¬ нении полученного системой самонаведе¬ ния информативного портрета с соответст¬ вующей предварительно подготовленной картой, в качестве которой могут высту¬ пать портреты рельефа на маршруте полета и в районе цели, а также радиолокацион¬ ные, оптические и др. информативные портреты объектов поражения, которые были получены заранее. Первый способ наведения реализует¬ ся, в основном, в полностью автономных (не взаимодействующих с окружающими объектами) системах навигационного на¬ ведения ВТО (по крайней мере, на тех уча¬ стках траектории, где такая технология действует), т.е. осуществляется навигаци¬ онное обеспечение программного самона¬ ведения (2.4). Второй способ воплощается в систе¬ мах позиционирования, когда, например, одна из точек (навигационный ориентир) - цель, на которую наводится ракетное ВТО, а также, когда полет ракеты или носителя РУК осуществляется по разнообразным ориентирам. Этим же способом определя¬ ется положение ракеты по данным, полу¬ чаемым от бортовых радиолокационных или оптических станций и визиров, т.е. та¬ кой способ действует и при совершении самонаведения. Сегодня ведущую роль среди навигационных средств, с помощью которых осуществляется навигационное на¬ ведение по этому способу, стремятся «за¬ хватить» спутниковые навигационные сис¬ темы. Третий способ позиционирования воплощается в системах навигационного наведения, реализующих корреляционно¬ экстремальные методы самонаведения [76]. К навигационным параметрам, кроме только что рассмотренных, относятся те, которые характеризуют динамику и кине¬ матику поведения цели и ракеты на своих траекториях, включая и их вращение в про¬ цессе полета. Уже отмечалось, что их вклю¬ чение в вектор состояния ракеты увеличи¬ вает размерность соответствующего тунне¬ ля навигационных параметров. Для таких динамических (кинематических) коорди¬ натных характеристик действует такой же способ их рассмотрения с точки зрения структуры линий и поверхностей положе¬ ния в соответствующих пространствах. Большинство динамических характеристик оцениваются на основе косвенных измере¬ ний. Итак, навигационные параметры сис¬ темы самонаведения - это, прежде всего, пространственно-временные координаты ракетного средства поражения, которым нужно управлять в процессе самонаведения при поражении воздушных, или/и назем¬ ных, или/и подземных, или/и космических или/и морских целей, а также информация об объектах района применения. В этом пе¬ речислении целей следовало бы оставить только разделительные «или», исключе¬ ние - ракеты (в литературе они часто назы¬ ваются многофункциональными), осуществ¬ ляющие поражение как морских (скорее, надводных), так и воздушных и наземных целей. Уже этим определением состояния предусматривается, что системы самонаве¬ дения по оцененным координатным харак¬ теристикам целей и своего местоположения могут также выполнять функции взрывате¬ лей, ступеней предохранения и взведения мин, торпед, снарядов, боевого оснащения ракет, а также просто включать те или иные устройства на ракете (точнее, в структуре системы самонаведения) в зависимости от сформированного образа окружающей об¬ становки. Состоянием системы самонаведе¬ ния являются также сформированные на борту ракеты команды и подготовленная информация для передачи на борта других ракет, участвующих в групповом огневом ударе, или/и в РУК. Если цель - актор, то 159
можно говорить о взаимообусловленности состояний ракеты и цели. Такое определе¬ ние самонаведения, через соответствующее изменение состояния формируемых в ком¬ плексе ВТО физической и информационной платформ позволяет комплексно в опреде¬ ленном единстве рассматривать все форми¬ руемые и выполняемые процедуры на раке¬ те, развертываемые для обеспечения гаран¬ тированного поражения заданных целей, а также применять аппарат математической логики при описании поведения комплекса ВТО после формирования соответствующей формальной теории [261]. Рассматриваемые системы самонаве¬ дения есть пример бортовой радиоэлек¬ тронной системы управления (системы ра¬ диоуправления) [878, 879, 307]. В РУК и системах самонаведения, точнее, в их ин¬ формационных платформах, которые могут быть объединены в единую платформу, реализуются информационные процессы всех известных классов: передачи и извле¬ чения информации, радиоуправления и раз¬ рушения информации. Эффективность функционирования РУК и системы самонаведения определяется сте¬ пенью адекватности их моделей (точнее, значений их вектора состояний) реальным условиям функционирования. Очевидно, что синтезировать модель, абсолютно точ¬ но описывающую динамику ракеты или ра¬ кетоносца, в силу априорной неопределен¬ ности начальных условий и возмущающих факторов, практически невозможно. Хотя именно в таких моделях нуждаются техно¬ логии программного самонаведения (2.4), что заставляет очень тщательно готовить боевое применение соответствующих ра¬ кет, например баллистических. Преодолеть указанное «проклятие точности», а потому придать комплексам ВТО маневренность и оперативность, при¬ званы как раз процедуры коррекции, бази¬ рующиеся на использовании в информаци¬ онной платформе РУК и систем самонаве¬ дения современных методов стохастической фильтрации. Применение этих методов по¬ зволяет получить оценки параметров векто¬ ра состояния системы самонаведения или РУК с требуемой точностью, обеспечивая при этом продолжительную автономность функционирования этих систем. Достоинством радиоэлектронных систем самонаведения является высокая точность наведения как на подвижные, так и на неподвижные цели. Поэтому такие системы широко используются для наве¬ дения ракет как на наземные (надводные), так и на воздушные, в том числе и высоко¬ маневренные, цели. Автономное избира¬ тельное поражение целей-акторов возмож¬ но только с помощью систем самонаведе¬ ния. Примером грамотной комбинации ме¬ тодов наведения ракеты на цель при изби¬ рательном поражении может служить система оптикоэлектронной коррекции и конечного наведения. Весомым преимуществом радиоэлек¬ тронных систем самонаведения является возможность организации защиты от внешних воздействующих факторов, таких как механические вибрации и удары, по¬ вышенные и пониженные температуры, солнечное излучение, атмосферные осадки (роса, иней, лед, снег), повышенная влаж¬ ность воздуха, морской соляной туман и другие агрессивные среды, плесневые грибы, эррозионное воздействие песка и пыли и пр., с помощью введения в конст¬ рукцию радиопрозрачных обтекателей [372, 432, 173, 850]. Среди материалов об¬ текателей с композиционными включе¬ ниями специально следует выделить ме¬ таматериалы [727, 371]. РУК ВТО должен использовать разно¬ образные сигналы, различающиеся, прежде всего, занимаемыми ими частотными диа¬ пазонами. Нужно всегда иметь в виду, что технологии обработки сигналов, как прави¬ ло, «работают» как в радиодиапазоне, так и в примыкающих к нему ИК- и оптическом диапазонах, т.е. здесь агрегирование совер¬
шается с различными по природе (физиче¬ ской сущности) сигналами. Этот факт бла¬ гоприятствует созданию программного обеспечения для РУК и систем самонаведе¬ ния, где осуществляется комплексирование сенсоров в радио-, ИК- и оптическом диапа¬ зонах с соответствующим агрегированием сигналов [145, 493]. Анализ структуры сиг¬ налов здесь осуществляется по сходным ал¬ горитмам (точнее, с использованием доста¬ точно простых интерфейсов) для разнооб¬ разных сенсоров. Системы самонаведения становятся не просто многофункциональными, а еще и комбинированными, интегрированными (интегральными) и комплексированными с варьируемыми в реальном времени струк¬ турами, функциями и режимами [195, 310, 219, 426, 766, 291,[487]. Этот режим харак¬ терен для автоматизированных и автомати¬ ческих систем управления. Радиоэлектронные системы самонаве¬ дения стали базой для обеспечения прева¬ лирующей роли программных, а не аппара¬ турных процедур обработки информации в комплексах ВТО. Именно радиоэлектрон¬ ные комплексы ВТО, насыщенные цифро¬ выми процессорами, стали сегодня фунда¬ ментом для формирования нового класса систем - интеллектуальных систем самона¬ ведения. Возможности интеллектуальных систем самонаведения кажутся сегодня без¬ граничными, поскольку они вмешиваются в важнейшую прерогативу человека - про¬ цесс принятия решений. Общий недостаток радиоэлектронных систем самонаведения - низкая помехоза¬ щищенность, обусловленная использованием открытых (т.е. излучаемых в эфир) хорошо обнаруживаемых радиосигналов [878, 879]. Очевидно, что система самонаведения в соответствии с ее назначением при осуще¬ ствлении избирательного поражения обеспе¬ чивает с точки зрения формирования команд наведения полностью автономное от РУК управление полетом и функционированием ракеты, однако при этом допускается ин¬ формационный контакт с РУК и/или други¬ ми системами самонаведения (при группо¬ вых действиях ВТО), при котором в инфор¬ мационную платформу ракеты транслирует¬ ся добываемая этими внешними системами информация об объектах зоны боевых дейст¬ вий. РУК для системы самонаведения еще до начала ее функционирования уже призван оценивать зону боевых действий, т.е. вы¬ явить цели, определить их назначение и опасность, указать на точки прицеливания, ранжировать цели по порядку избирательно¬ го поражения, выбрать вид оружия и тактику применения по выявленным целям. Здесь можно говорить о функционировании объе¬ диненной информационной платформы «РУК + система самонаведения». В рамках этой платформы РУК опреде¬ ляет также возможную траекторию полета ракеты к цели с учетом географических осо¬ бенностей трассы и развернутых по трассе средств огневого и радиоэлектронного про¬ тиводействия, т.е. обеспечивает максимально длительное на трассе полета навигационное наведение. Деятельность РУК фиксируется в полетном задании, вводимом в информаци¬ онную платформу системы самонаведения. Из приведенного перечня функций РУК по подготовке гарантированного избирательно¬ го поражения именно существенных для хо¬ да боевой операции целей следует приори¬ тетная роль именно некоординатной инфор¬ мации об объектах фоноцелевой обстановки для успешной реализации этих функций. Система самонаведения в процессе своего функционирования призвана убе¬ диться, что ее полет и функционирование осуществляется в соответствии с «выдан¬ ным» ей от РУК полетным заданием, для чего нужно сверять свое текущее функцио¬ нирование с заданием и, если нужно, кор¬ ректировать свое состояние. Без особых на¬ тяжек можно утверждать, что в комплексе ВТО явно существует разделение полномо¬ чий: РУК оценивает и использует, в основ¬ ном, некоординатные параметры объектов фоноцелевой обстановки (оцениваемые ко¬ ординатные параметры объектов использу¬ ются для конкретизации некоординатных), а система самонаведения - координатные, по
которым она убеждается в правильности своих действий по осуществлению избира¬ тельного поражения. Как уже отмечалось, допускается коррекция информационного обеспечения (пополнение информационного ресурса) платформы системы самонаведе¬ ния со стороны РУК даже на этапе авто¬ номного управления ракеты - самонаведе¬ ния. Учитывая крайне ограниченный вре¬ менной ресурс для функционирования сис¬ темы самонаведения на конечном участке, особенно, когда цель-актор, то даже задача распознавания объекта фоноцелевой обста¬ новки, назначенного быть целью, осуществ¬ ляется системой самонаведения, как прави¬ ло, только по координатным характеристи¬ кам. Из такого разделения полномочий на¬ глядно видна взаимообусловленность РУК и системы самонаведения, в том числе, она может проявляться и при собственно само¬ наведении, если РУК для системы самона¬ ведения выступает в качестве поставщика информации о фоноцелевой обстановке. Система самонаведения в соответствии с полученным полетным заданием и свойст¬ венным ей скриптом, обрабатывая потоки данных о состоянии системы самонаведе¬ ния и фоноцелевой обстановки, обеспечи¬ вает необходимой информацией и форми¬ рует соответствующие команды для авто¬ номного управления полетом ракеты (са¬ монаведения) при осуществлении гаранти¬ рованного избирательного поражения цели. Это позволяет, когда нужно, специ¬ ально разделить информационные блоки (программные ядра) в бортовой информа¬ ционной платформе, ответственные за осу¬ ществление только управления полетом {навигационное наведение + самонаведение) ракеты и за информационное обеспечение такого наведения. Комплексирование носи¬ телей (аппаратуры) для указанных инфор¬ мационных блоков в едином конструктиве нивелирует границу (и информационную, и конструктивную) между ними [647] и толь¬ ко здесь уместно употребление термина «интегрированная система самонаведения». Комплексирование и интеграция есть пере¬ ход от интеграции данных (свойственной комбинированным системам) к интеграции сигналов и аппаратурной интеграции. Ком¬ бинированные системы самонаведения не¬ обходимы также при автономном самооп¬ ределении ракеты или ракетоносца при на¬ рушении функционирования основных (штатных) средств навигационного обеспе¬ чения. Сегодня функции разведки, топогео- дезического и метеорологического обеспе¬ чения и управления огнем, огневых средств и управляемых боеприпасов, как уже отме¬ чалось, возлагаются на соответствующие командные системы. Однако в будущем, особенно при проведении сетецентрических операций, эти функции будут обеспечивать¬ ся соответствующей распределенной инфо- коммуникационной системой, формируемой из носителей ВТО [287]. И именно такая распределенная система-стая может в целом также рассматриваться как ВТО, но более высокого уровня в рамках иерархии инфо- коммуникационных систем. Сегодня при¬ нимается грамотный подход к реализации подобной функции, когда система ВТО ос¬ нащается совокупностью информационных каналов, каждый из которых включается в контур управления при реализации той или иной функции, например доводочный ка¬ нал, обеспечивающий попадание ВТО в за¬ данное место цели. Ближайшее будущее в развитии ВТО за комбинированными системами наведения (самонаведения). Такое направление разви¬ тия систем ВТО соответствует их стремле¬ нию при выполнении боевой задачи достичь информационного превосходства [671], что¬ бы затем обернуть его в соответствующие огневые точечные удары (как правило, про¬ тивник имеет большие огневые ресурсы, да еще и мощные средства огневого и инфор¬ мационного противодействия). ШШ ■ 162
Иногда в качестве еще одного «инте- грационого» признака, в результате дейст¬ вия которого наращивается структура РУК или/и системы самонаведения, принимается также программное объединение. Однако при современном уровне взаимосвязи аппа¬ ратуры и программного обеспечения (осо¬ бенно при реализации технологии SDR [118]) специально выделять его, по нашему мнению, нецелесообразно, тем более, что с помощью понятия «модуль» аппаратура и программное обеспечение уже давно урав¬ нены «в правах», кроме того, информаци¬ онное, функциональное, сигнальное объе¬ динения просто невозможно осуществить без программного объединения в рамках соответствующей информационной плат¬ формы. Программное объединение, таким об¬ разом, - это просто важнейший механизм осуществления всех отмеченных видов на¬ ращивания структуры. Способы наращивания структуры комплек¬ са ВТО могут рассматриваться как обеспе¬ чение функциональной отказоустойчивости при решении задачи по избирательному поражению целей в сложных реальных боевых условиях. Здесь можно считать, что для обеспе¬ чения функциональной отказоустойчивости используются такие виды избыточности как информационная, временная, сигнальная и физическая. Сегодня основной тенденцией разви¬ тия систем самонаведения ВТО является трансформация их в многофункциональную интегрированную систему, выполняющую функции самонаведения, радиоэлектронной разведки, РЭБ, инфокоммуникации с дру¬ гими боевыми средствами и информацион¬ ными платформами, опознавания, и постро¬ енную на основе активных и пассивных ан¬ тенных решеток. Мертвая зона наведения, как явление, присущее любой системе наведения, опре¬ деляется минимальным расстоянием до це¬ ли или до точки прицеливания, при котором система самонаведения перестает нормаль¬ но функционировать. С этой дальности осуществляется неуправляемый полет к це¬ ли и в случае маневрирующей цели воз¬ можно появление мгновенного промаха. Основные причины возникновения мертвой зоны ■ Мгновенная ошибка в системе само¬ наведения, превышающая некоторую допустимую величину промаха. Ее можно трактовать как мертвую зону, вызванную случайными факторами (шумы, помехи), существующими в замкнутом контуре регулирования. ■ Сход с кинематической траекто¬ рии, вызванный ограниченной манев¬ ренностью ракеты (нарушается ход реализации требуемого метода наве¬ дения). ■ Сход с кинематической траектории, вызванный инерционностью замкну¬ того контура. ■ Неустойчивость замкнутого контура системы автоматического регулиро¬ вания системы самонаведения (преж¬ де всего из-за возрастания коэффици¬ ента передачи кинематического звена обратно пропорциональному расстоя¬ нию до конечной точки, что требует организации специальных измерений расстояния). ■ Инерционность слежения системы самонаведения за целью или точкой прицеливания, разнообразных шумов цели (угловых, дальностных, скорост¬ ных, поляризационных), вызванных зернистостью рассеивающих центров у цели, количество которых и геомет¬ рия непрерывно изменяется в процес¬ се подлета ракеты. ■ Ограниченность динамического диа¬ пазона приемника системы самонаве¬ дения на малых расстояниях до цели, где уровень принятого сигнала значи¬ тельно возрастает, происходит огра¬ ничение сигнала, ведущее к возраста¬ нию ошибки целеуказания, в активных
системах самонаведения, минималь- нала, прежде всего, его длительно- ная дальность радиоуправления огра- стью. ничена снизу характеристиками сиг- ■ Использование сложных сигналов. ВИДЫ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Как правило, самонаведение осуществляется именно в такой по¬ следовательности - сначала навига¬ ционное наведение с выводом ракеты в район расположения цели, перехо¬ дящее в сугубо автономную процеду¬ ру самонаведения. Такой способ са¬ монаведения задает доминантную структуру скрипта для соответст¬ вующей миссии. Здесь кроме зон дос¬ тижимости, возможных и разрешен¬ ных пусков ракеты уместно использо¬ вание таких понятий как F-Pole и А-Pole. F-Pole (энергетический фак¬ тор, дальность отлета) - расстояние от носителя ракетного средства до це¬ ли в момент ее поражения. А-Ро1е (фактор автономности) - расстоя¬ ние от носителя ракетного средства до цели в момент, когда ракета стано¬ вится полностью автономной и будет самонаводиться на цель без дальней¬ шей поддержки со стороны РУК. Фактор F-Pole определяет длину туннеля навигационных параметров плюс длину участка самонаведения, а А-Pole - длину участка этого тунне¬ ля, где допускается радиокоррекция его размеров и формы. Оставшийся участок (F-A)-Pole - это участок, собственно, самонаведения. Наличие заключительного автономного участ¬ ка полета ракеты кардинально изме¬ няет характеристики ракетного ору¬ жия, поскольку здесь не требуется внешнее управление его полетом. Именно по этой причине введена та¬ кая характеристика траектории как А-Ро1е. Если считать справедливым утверждение, что система самонаведения осуществляет на борту ракеты все стадии наведения (кроме, возможно, информационного обеспечения о фоноцелевой обстановке, которое, повторяем, может поступать в информационную платформу ракеты из¬ вне), то можно сказать, что современные системы самонаведения уже стали полно¬ стью автономными или обеспечивают достаточно продолжительный участок ав¬ тономного навигационного наведения и весьма небольшой участок собственно са¬ монаведения. Иногда между этими этапами вклинивают еще один - наведение с использованием информации от на¬ земных измерительных средств, но это есть один из способов соверше¬ ния самонаведения, т.е. система са¬ монаведения по своей сути является комбинированной, особенно если она обслуживает дальнодействующие ра¬ кеты. В общем случае на различных участках траектории используются различные мето¬ ды наведения, в том числе, и автономный. 164
Это предопределяет ряд недос¬ татков таких комбинированных сис¬ тем самонаведения: различный объем информационного обеспечения (раз¬ личный состав датчиков информации о фоноцелевой обстановке) и наличие нежелательных переходных процес¬ сов при переходе от одного метода наведения к другому. Для ракет большой дальности действия, обла¬ дающих большой инерционностью и весьма малым участком собственно самонаведения, это может привести к дополнительным динамическим ошибкам наведения и снижению за¬ паса устойчивости. Выявление для комбинированных систем самонаведения участков траектории, где реализуются различные методы наведения, может иметь определенную специфику, за¬ висящую от боевого назначения ВТО. Столь же важным для достижения высоких тактических характеристик ракетного сред¬ ства, значит, и всего комплекса ВТО пред¬ ставляется обеспечение скрытности функ¬ ционирования соответствующей системы самонаведения. Реализация режима самонаве¬ дения сопровождается установлени¬ ем информационного контакта с це¬ лью, что может очень серьезно дема¬ скировать соответствующие средства (РУК или систему самонаведения). Режим радиокоррекции (командное наведение) может осуществляться как скрытно, так и с излучением ра¬ ботающих на борту ракеты радио¬ средств. Скрытность полностью обеспечивается при «безответной» радиокоррекции. Если же в РУК для осуществления избирательного по¬ ражения с борта ракеты передается еще и информация района, где рас¬ положена цель, то скрытность рабо¬ ты системы самонаведения исключа¬ ется и можно организовать против¬ ником эффективное противодейст¬ вие. Когда такое противодействие осуществляет цель, то она становится актором, поскольку этот факт карди¬ нально изменяет ее некоординатные характеристики. Очевидно, что скрытность непосредствен¬ но связана с информационным обеспечени¬ ем функционирования системы самонаве¬ дения, и по понятным причинам нас боль¬ ше интересуют именно автономные режи¬ мы ее функционирования. Программная система самона¬ ведения - самая скрытная. Однако недостатками программных систем наведения являются ограничения класса объектов только неподвиж¬ ными целями, низкая точность наве¬ дения. Далее следуют автономные навигационные системы наведения, не обнаруживаемые средствами ра¬ диоэлектронной разведки. Такие сис¬ темы работают только «на прием». В этом случае противодействие, свя¬ занное с преодолением такой скрыт¬ ности, противник может организовы¬ ваться только путем искажения ис¬ пользуемых для навигационного на¬ ведения полей. Достаточно высокую скрытность имеют системы самона¬ ведения, осуществляющие автоном¬ ное навигационное наведение, но ор¬ ганизующие так информационный контакт с навигационными ориенти¬ 165 Ч*.-
рами, чтобы затруднить средствами радиоэлектронной разведки обнару¬ жение факта осуществления такого контакта. Такие системы самонаве¬ дения предъявляют высокие требо¬ вания к надежности функционирова¬ ния, объему памяти и быстродейст¬ вию вычислителей (особенно если реализуются обзорно-сравнительные технологии). Скрытность непосредственно связана с ор¬ ганизацией информационного обеспечения систем самонаведения. Здесь выявляются обнаруживаемые и не обнаруживаемые средствами радиоэлектронной разведки системы, или, другими словами, «излу¬ чающие и неизлучающие» системы само¬ наведения, или, наконец, «активные и пас¬ сивные» системы. Реагируя на принимаемые от объектов фоноцелевой обстановки сигналы, пассивная система самона¬ ведения обеспечивает выработку и передачу команд на соответствующие блоки, управляющие траекторией ра¬ кеты. Достоинствами автономных пассивных систем самонаведения, ра¬ ботающих по источникам излучения, размещенных на цели, являются воз¬ можность реализации больших даль¬ ностей действия обслуживаемых ими боевых средств и высокая помехоза¬ щищенность. Самой пассивной является система самона¬ ведения, реализующая программные техно¬ логии наведения. Возможность реализации боль¬ шой дальности действия предопреде¬ лена тем, что она зависит только от запаса топлива на ракете и не огра¬ ничивается дальностью действия датчиков информации. Эти датчики отслеживают опять же автономно только траекторию полета ракеты по навигационным технологиям, бази¬ рующимся на счислении пути, или обеспечивают реализацию в «пас¬ сивном варианте» (т.е. без излучения с борта ракеты, каких-либо «запра¬ шивающих» сигналов) позиционных и обзорно-сравнительных методов навигации. Очень близко по обеспечению скрытности приближаются к пассивным автономным технологиям самонаведения и технологии, использующие сигналы, распространяю¬ щиеся на весьма малые расстояния, как например, доплеровские системы и радио¬ локационные системы предупреждения столкновения с землей) или работающие по подсвечиваемым извне (например, с РУК) ориентирам и целям. В последнем случае при подсвете цели заявляют об осуществлении полуактивного самонаве¬ дения. Комбинированные системы са¬ монаведения позволяют реализовать большую дальность действия, расши¬ рить диапазон оцениваемых скоро¬ стей сближения и угловых скоростей линии визирования целей, повысить точность, помехозащищенность и на¬ дежность систем самонаведения в це¬ лом и снизить чувствительность к из¬ менению условий применения. Все эти преимущества реализуются за счет избыточности информации и взаимной коррекции автономных и
неавтономных сенсоров. Наиболее распространенными вариантами ком¬ бинирования основаны на преимуще¬ ственном использовании пассивных систем на начальных этапах управле¬ ния и активных систем самонаведения на конечных участках траектории на¬ ведения. Системы самонаведения, входящие в структуру комплекса ВТО, наделяют бое¬ вые средства избирательного поражения обнаружительными (поисковыми), изме¬ рительными и селективными функциями, необходимыми для измерения координат¬ ных и некоординатных характеристик за¬ данных целей, а также для выбора и реа¬ лизации тактики избирательного пораже¬ ния, из-за чего ВТО и становится высоко¬ точным. Системы самонаведения, по крайней мере, до начала самонаведе¬ ния обслуживаются информационной платформой РУК, а благодаря своему размещению на борту ракеты - и ин¬ формационной платформой ракеты. Системы самонаведения, кроме оцен¬ ки собственного местоположения и динамики движения ракеты по траек¬ тории, при реализации функции соб¬ ственно самонаведения извлекают информацию о фоноцелевой обста¬ новке, определяют координаты и ат¬ рибуты объектов этой обстановки при выборе заданных для избирательного поражения целей и сопровождения их в процессе полета ракетного средства поражения, формируют сигналы на¬ ведения на них и подрыва боевых частей, а также осуществляют прием используемой системой самонаведе¬ ния информации от внешних для ра¬ кеты источников, входящих в состав РУК и других ракет, участвующих в групповом налете, а также передачу информации с борта ракеты средст¬ вам управления и контроля, входя¬ щим в структуру РУК. В качестве существенного признака клас¬ сификации для систем самонаведения ВТО должен быть, конечно, выбран вид летательного аппарата - носителя, позво¬ ляющий выделить радиоэлектронные сис¬ темы самонаведения истребителей, бом¬ бардировщиков, ракет воздух-воздух, по¬ верхность-воздух, поверхность-поверх¬ ность и воздух-поверхность, экранопла- нов, беспилотных летательных аппаратов, воздушных мишеней и самолетов граж¬ данской авиации. Ракетные системы самонаведе¬ ния классифицируются по месту их старта, а значит и месту их доставки для пуска. Чаще всего поверхность уточняют, например море или Земля. Самолетные варианты систем самона¬ ведения обеспечивают автономный (без участия экипажа или иного орга¬ на управления) полет самолета на не¬ котором участке его полета, исполь¬ зуя информацию об окружающей об¬ становке и положении самолета в пространстве, получаемую только сенсорами самолета. Сейчас интерес к такому виду самонаведе¬ ния самолетов усиливается в связи с тем, что требуется эффективно блокировать действия возможных террористов на борту самолета или организовывать запрет полета в те или иные охраняемые зоны.
В этом случае при захвате само¬ лета террористами или при неадек¬ ватных действиях экипажа на борт самолета передается центром обеспе¬ чения безопасности по тому или ино¬ му радиоканалу сигнал, блокирую¬ щий обычный (традиционный) контур управления полетом самолета, после чего на борту самолета включается соответствующий контур самонаве¬ дения, обеспечивающий автономную безопасную траекторию полета, включая и вынужденную посадку. Этот резервный контур может реали¬ зовываться и как контур командного управления, при котором самолет по¬ лучает внешнее управление своим полетом расположенным вне его ко¬ мандным органом обеспечения безо¬ пасности. Необходимо отметить, что в ли¬ тературе встречаются названия специ¬ фических радиоэлектронных систем самонаведения, которые, укладываясь в рамках приведенной классификации, вместе с тем обладают возможностя¬ ми, принципиально выделяющими их среди других однотипных систем управления. К таким системам можно отнести системы самонаведения лета¬ тельных аппаратов со сниженной за¬ метностью, сверхманевренных само¬ летов, высокоточных ракет, телевизи¬ онные низкоуровневые системы само¬ наведения, системы самонаведения сантиметрового диапазона, система самонаведения по спутниковой нави¬ гации, доводочные каналы (осущест¬ вляют управление полетом высоко¬ точного оружия на последнем участке траектории по попаданию в заданное, наиболее уязвимое место цели, напри¬ мер, в корпус надводного корабля, ниже ватерлинии) [124], системы са¬ монаведения противолодочных управ¬ ляемых ракет, интеллектуальные сис¬ темы самонаведения, активные и пас¬ сивные (обеспечивающие наведение на работающее радиоэлектронное средство - электромагнитного излу¬ чения) системы самонаведения, высо¬ коточные бортовые инерциальные системы, теле- и тепловизионные сис¬ темы самонаведения, системы самона¬ ведения миллиметрового диапазона, многорежимные (многофункциональ¬ ные) системы самонаведения, много¬ спектральные ИК-системы самонаве¬ дения [4, 53], взрыватели миллиметро¬ вого диапазона, матричные ИК- системы самонаведения и др. Проблемы создания таких систем самонаведения ВТО сегодня нераз¬ рывно увязываются с использованием в составе оружия высокоэнергетиче¬ ских взрывчатых веществ и возмож¬ ным управлением полем поражения, а также ракетным двигателем, рабо¬ тающим с высокоэнергетическим то¬ пливом, который, будучи твердотоп¬ ливным, способен на двукратное включение. Здесь системы самонаве¬ дения далеко не случайно соотносятся с двигательными установками и дос¬ тавляемыми боевыми зарядами, по¬ скольку именно для этих средств сис¬ тема самонаведения вырабатывает основные команды управления. В состав систем самонаведения ВТО могут включаться сенсоры раз¬ личной физической природы (рис. 2.1): радиолокационные; радио¬ метрические; оптические; акустиче¬ ские; магнетометрические; инерци-
Рисунок 2.1 Классификация систем самонаведения по используемым сенсорам альные системы, использующие пока¬ зания акселерометров, датчиков воз¬ душной скорости и гироскопов; ра¬ диолокационные доплеровские изме¬ рители скорости и сноса; радиолока¬ ционные средства предупреждения столкновения с землей (обхода и об¬ лета препятствий); корреляционно¬ экстремальные процессоры и сме¬ шанные автономные средства, вклю¬ чающие, в том числе, и спутниковую навигацию, а также упомянутые выше инфокоммуникационные средства для организации взаимодействия при групповых действиях. Для систем самонаведения мо¬ жет быть определена номенклатура показателей качества, определяющая выбор уровней качества, используе¬ мых при описании - тактические и технические характеристики [779]. В совокупности эти характеристики представляют тактико-технические характеристики рассматриваемой системы, номенклатура и параметры которых устанавливаются в ходе стандартизации. Стандартизация на¬ правлена на достижение оптимальной степени упорядочения в опреде¬ ленной области посредством установ¬ ления положений для всеобщего и многократного применения в отноше¬ нии реально существующих и потен¬ циальных задач. Именно на базе этого инструмен¬ та родились COTS-технологии (COTS - commercial-off-the-shelf), ис¬ пользующие готовые программно¬ аппаратные решения коммерческого применения. Подход на основе COTS- технологий предусматривает внедре¬ ние в военные технологии результа¬ тов коммерческих разработок, разви¬ тие которых стимулируется рынком. 169
Их применение допускается при ус¬ ловии специальной доработки компо¬ нентов по результатам эксплуатации на рынке и при ужесточении требова¬ ний к приемке у изготовителя в части параметров, характеризующих уровни устойчивости к воздействиям. При решении проблемы стандартизации важно оперативно проводить измене¬ ния стандартов по результатам новых исследований. Поскольку показатели качества многооб¬ разны и имеют различную физическую природу, необходимо постоянно совершен¬ ствовать методы измерения этих показате¬ лей, повышать точность измерений, пере¬ сматривать их важность, устанавливать ие¬ рархию этих показателей. Свойства систем самонаведения описываются их основными характе¬ ристиками. Выходные (или внешние) характеристики системы самонаве¬ дения определяют ее возможности при выполнении поставленной зада¬ чи. Входные (или внутренние) харак¬ теристики отвечают на вопрос, ка¬ кими техническими средствами обес¬ печиваются возможности системы самонаведения. При синтезе (проектировании) систем самонаведения решается об¬ ратная задача: по заданным выход¬ ным характеристикам определяют необходимые для их обеспечения входные характеристики системы самонаведения. Сложность этой за¬ дачи состоит в том, что она не имеет однозначного решения: одни и те же выходные характеристики системы самонаведения обеспечиваются при различных сочетаниях входных ха¬ рактеристик этой системы. Напри¬ мер, большую дальность действия систем самонаведения можно обес¬ печить, увеличив либо энергию из¬ лучения, либо эффективную площадь антенны, точность измерения угло¬ вых координат можно повысить, уве¬ личив размеры антенны или умень¬ шив длину волны. Искусство разра¬ ботчика состоит в том, чтобы найти наиболее экономичное решение. Особенности ракетных ВТО Специфические особенности боевых ракетных систем самонаведения ■ Высокая степень неопределенно¬ сти условий функционирования, обусловленной сложными закона¬ ми перемещения целей и тем, что они проявляют себя как акторы. ■ Большой разброс высот, дально¬ стей и скоростей целей и ракет¬ ного оружия. ■ Большое число разнообразных по своей природе возмущений, включая перепады температур и преднамеренные помехи. ■ Непродолжительный период ра¬ боты (особенно, если они «гиб¬ нут» при поражении целей, по¬ этому в литературе используется еще термин системы одноразо¬ вого применения [311]).
■ Отсутствие жидкостного охла¬ ждения опять же из-за непро¬ должительного функциониро¬ вания. ■ Необходимость обеспечения высокой точности наведения, причем и на перспективные (имеющие малую заметность и высокую динамичность) цели- акторы. ■ Удовлетворение жестких требо¬ ваний по снижению массогаба¬ ритных и по возрастанию проч¬ ностных характеристик. Требования к прочностным характеристи¬ кам, о которых только что говорилось, обу¬ словлены тем, что аппаратура систем само¬ наведения и РУК, устанавливаемая на под¬ вижных объектах (ракете или ракетоносце, наземном или авиационном транспортном средстве) подвергается интенсивным меха¬ ническим воздействиям (особенно при старте), которые вызывают 30...50% всех отказов. Ухудшение надежности и ста¬ бильности функционирования вызы¬ вается механическими воздействия¬ ми, наиболее опасными из которых являются вибрации, удары и линей¬ ные нагрузки. Источниками этих воздействий могут быть различные двигатели, в том числе и реактивные, быстро вращающиеся несба¬ лансированные массы, плохое уплотнение зазоров, возмущения трасс движения и полета, акустические шумы, ударная вол¬ на, перегрузки при маневрировании, взрывные воздействия, небрежность или неосторожность обслуживающего персо¬ нала (падения, удары при погрузочно- разгрузочных работах). Кроме того, бор¬ товая аппаратура представляет собой сложные механические несущие конст¬ рукции, в которых возникают резонанс¬ ные колебания, многократно усиливаю¬ щие механические нагрузки. Все это может приводить к по¬ мехам в информационных каналах, к снижению точности работы и к меха¬ ническим разрушениям элементов конструкций. Характерные признаки систем самонаведения «в ракетном исполнении» ■ Размещение на ракете. ■ Осуществление автономного на¬ ведения по некоторому образу фоноцелевой обстановки и по ак¬ торам. ■ Автоматическое управление функционированием ракеты и ее системами. ■ Роботизация функций. ■ Конструктивная, функциональ¬ ная и информационная интегри¬ рованность. ■ Возможность обеспечения груп¬ повых действий. ■ Превалирующая роль именно процедуры самонаведения для обеспечения целевого назначе¬ ния ракетного ВТО в целом. Высокоточный ракетный ком¬ плекс должен обеспечить реализацию принципа детального непрерывного и, что самое важное, контролируемого высокоэффективного огневого пора¬ жения широкого спектра и различно¬ го уровня защищенности объектов
группировок противника в тактиче¬ ской зоне в операциях средствами ВТО, внеся в огневое поражение ка¬ чественно новые формы вооруженной борьбы. В зависимости от возможностей вычислительных средств и характери¬ стик применяемого ВТО радиоэлек¬ тронные ракетные системы самонаве¬ дения и РУК подразделяются на од¬ ноканальные и многоканальные (мно¬ гоцелевые) системы. Одноканальная ракетная радио¬ электронная система самонаведения обеспечивает функционирование по одной цели. Соответственно, обслу¬ живающие такие системы РУК также называются одноканальными. В мно¬ гоканальных системах самонаведения и РУК возможно одновременное при¬ менение (функционирование) ВТО по нескольким целям. Наиболее распро¬ страненным примером таких систем являются авиационные радиоэлек¬ тронные системы самонаведения и РУК с автоматическим сопровожде¬ нием целей в режиме обзора. Естест¬ венно, что скрипт многоканальных систем самонаведения намного слож¬ нее, чем одноканальных. Рост слож¬ ности обусловлен не только ростом числа каналов, но и необходимостью эффективного манипулирования ими в процессе осуществления избира¬ тельного поражения. В авиационном РУК с сопровож¬ дением в режиме обзора («на прохо¬ де») возможно получение точной ин¬ формации о координатах относитель¬ ного движения нескольких целей. Это позволяет одному самолету при нали¬ чии ракет с одноканальными систе¬ мами самонаведения вести одновре¬ менный бой с несколькими целями, что существенно расширяет тактиче¬ ские возможности самолета, высту¬ пающего в роли ракетоносца, РУК и комплекса ВТО. Главной задачей создания и применения комбинированных систем наведения проти¬ вокорабельных ракет с обычной боевой ча¬ стью является обеспечение наведения и ее попадания в корпус (ниже уровня верхней палубы) заданного к поражению надводного корабля - морской цели, а еще желательнее - в область повышенной уязвимости ее высо¬ копрочной конструкции (задача высокоточ¬ ного избирательного наведения), так как без проникновения обычной боевой части внутрь корпуса морской цели не может быть решена задача ее надежного поражения или долгосрочного вывода из строя. Разработаны противокорабель¬ ные ракеты с поражением морских целей ниже ватерлинии, когда систе¬ ма самонаведения вблизи морской цели направляет противокорабельную ракету в воду на небольшую глубину для попадания в слабо защищенную подводную часть корпуса. Кроме управляемых ракет, предназначенных для поражения надводных морских целей, существует другая разновид¬ ность управляемых ракет - противо¬ лодочные управляемые ракеты для поражения другого класса целей (под¬ водных лодок). Противокорабельные ракеты фактически реализуют современный принцип ракет¬ ной атаки - выстрел-поражение, реали¬ зуемый соответствующей системой само¬
наведения. Комбинированные системы самонаведения рассчитаны на то, что со¬ временные и перспективные противоко¬ рабельные ракеты имеют большую даль¬ ность полета и практически сразу же по¬ сле старта реализуют принцип выстре- лил-забыл, который требует полной ав¬ тономности и автоматизации работы сис¬ темы самонаведения противокорабельной ракеты, без какого - либо контакта с ра¬ кетоносцем после пуска. Хотя следует отметить, что в по¬ следних разработках противокора¬ бельных ракет допускается командная коррекция маршрута полета ракеты тактического и оперативно-тактиче¬ ского назначения. Условия боевого применения противокора¬ бельных ракет большой дальности стрель¬ бы выдвигают требования по обеспечению всепогодности, круглосуточности и воз¬ можности стрельбы в любое время года и, практически, в любой точке земного шара. Кроме этого, система самонаведения долж¬ на обеспечивать наведение противокора¬ бельной ракеты на морские цели, которые могут находиться как в открытом море, так и вблизи берега, например, в портах, бух¬ тах, шхерах и пр. Функционирование автономных систем навигационного наведения ос¬ новано на текущей информации толь¬ ко о собственном движении ракеты. В связи с этим такие системы исполь¬ зуются, в основном, для наведения ракет воздух-поверхность на назем¬ ные неподвижные цели. Применительно к автономным системам навигационного наведения в зависимости от физической природы сенсоров информации различают инерциальные системы, использую¬ щие показания акселерометров и гиро¬ скопов. Автономные системы навигаци¬ онного наведения применяют: ■ доплеровские системы на основе радиолокационных доплеровских измерителей скорости и угла сноса; ■ радиолокационные системы пре¬ дупреждения столкновения с землей (обхода и облета препят¬ ствий); ■ корреляционно-экстремальные системы и смешанные автоном¬ ные системы. В процессе наведения автоном¬ ные системы навигационного наведе¬ ния обследуют районы с навигацион¬ ными ориентирами по маршруту поле¬ та ракеты. Такие районы стараются выбирать без средств радиоэлектрон¬ ного и огневого противодействия, чем обеспечивается необходимая скрыт¬ ность функционирования автономной системы наведения. Неавтономные системы наведения, как правило, рабо¬ тают только «на прием», что также га¬ рантирует их высокую скрытность. Полуактивная система самонаведения с точки зрения своей скрытности мо¬ жет рассматриваться как один из вари¬ антов неавтономной системы наведе¬ ния. В инерциальных системах само¬ наведения параметр рассогласования формируется путем сравнения про¬ граммных (требуемых) и постоянно вычисляемых (счисляемых) текущих координат местоположения ракеты.
При известных координатах точки старта и цели счисление пути базиру¬ ется на двойном интегрировании со¬ ставляющих ускорений, измеряемых акселерометрами. Доплеровские сис¬ темы наведения оценивают свое ме¬ стоположение интегрированием со¬ ставляющих скорости, измеряемых датчиком воздушной скорости или доплеровским измерителем скорости и угла сноса (ДИСС). В системах предупреждения столкновений с землей, иногда входящих в состав систем самонаведения и наведения (чаще всего, такие возможные коллизии учитываются заранее и фиксируются в полетном зада¬ нии), закон управления полетом ракеты вычисляется путем сравнения заданной (требуемой) высоты полета с ее текущим значением в упрежденной точке, удаленной от ракеты на заданное расстояние в на¬ правлении полета. Упрежденная высота определяется в результате измерений даль¬ ностей и угловых положений упрежденных точек (участков траекторий) при условии, что будет сохранен режим полета, имев¬ ший место на момент измерения. Физические, навигационные, сигнальные И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОЛЯ В сравнительно-обзорных (корреля¬ ционно-экстремальных) системах [76] са¬ монаведения параметры рассогласования вычисляются путем сравнения введенной заранее эталонной и текущей, снимаемой в полете, карт распределения тех или иных физических полей Земли и объектов на¬ блюдения по маршруту полета. Считаем, что некоторый непрерывно распределен¬ ный по пространству (и времени) объект может рассматриваться как поле, если ка¬ ждая точка пространства, где этот объект присутствует, может быть выявлена по одному и тому же набору определенных для данной точки характеристик. Иначе, поле есть, скорее, математическая конст¬ рукция для модельного описания любых структур, непрерывно распределенных по принимаемой во внимание области про¬ странства. Моделью такого поля является его сигнатура (наименование) и набор со¬ ответствующих характеристик, опреде¬ ленных в виде функции от пространствен¬ но-временных координат. Совокупность конкретных характеристик, определяемых для каждой точки пространства, зависит от природы распределенного по нему объ¬ екта, а с точки зрения математики (моде¬ ли) представляет теоретико-множествен¬ ное отношение на принимаемых во вни¬ мание характеристиках этого объекта, ко¬ торое и соответствует сигнатуре «такое-то поле». Сравнительно-обзорные методы нави¬ гации в той или иной степени воспроизво¬ дят структуру навигационного наведения и самонаведения (здесь следует обратить внимание на сходство (2.16) и (2.17), а так¬ же на тот факт, что с точки зрения реализа¬ ции информационного процесса не так важ¬ но, где совершается та или иная процедура - на борту ракеты или вовне). Здесь обеспе¬ чивается сопоставление эталонной картины (кадра) участка фоноцелевой обстановки с реально получаемым в процессе навигаци¬ онного наведения портретом. Очевидно, и эталоны и портреты, как некоторые сигна¬ туры «сигнальных» моделей, имеют одно и то же базовое множество, иначе их невоз¬ можно сравнивать.
Естественно также, что ни априорная информация о фоноцелевой обстановке, за¬ фиксированная в эталонной картине, ни ус¬ ловия наблюдения участка, ни технические характеристики РУК и системы самонаве¬ дения не допустят полного совпадения того, что сейчас на самом деле есть, с тем, что ожидалось при планировании боевой опе¬ рации. Мы обязаны предполагать, что про¬ цедура совмещения эталона с портретом на самом деле соответствует процедуре срав¬ нения эталона с одним из множества воз¬ можных портретов, соответствующих ком¬ бинации перечисленных выше факторов, сопровождающих сравнительно-обзорный метод навигационного наведения. Такое сравнение ставит своей задачей отбор из потенциально возможных портре¬ тов фоноцелевой обстановки того, который в максимальной степени соответствует эта¬ лону. Это возможно только в том случае, когда опять же в максимальной степени уравнены условия получения эталонного изображения и текущие условия наблюде¬ ния (получения портрета), вплоть до дина¬ мики. Условия наблюдения включают, на¬ пример, высоту и курс полета ракеты, ра¬ курс наблюдения объектов, окружающий фон, метеоусловия и т.п. При таком сравне¬ нии требуется варьировать или характери¬ стиками эталонного изображения, или портрета (а может быть, и тем и другим), добиваясь идентичности условий получе¬ ния эталона и портрета. Как правило, опи¬ сываемая процедура сравнения весьма бо¬ лезненно реагирует на несовпадение срав¬ ниваемых сопоставляемых друг другу изо¬ бражений, особенно геометрических ха¬ рактеристик, что заставляет серьезно относиться к выравниванию условий на¬ блюдения. В (2.9), (2.16), (2.17) такая про¬ цедура выравнивания содержится в опера¬ торных уравнениях настройки (переходе от Z к Z ). Варьирование - это всегда переход от единичного объекта к множеству объек¬ тов, и он может быть осуществлен двумя способами. Способ 1. Формируется банк этало¬ нов или/и портретов, каждый представи¬ тель которого соответствует определенной комбинации условий наблюдения фоноце¬ левой обстановки. Затем после получения оценок условий наблюдения из этого банка отбираются экземпляры эталонов или/и портретов, соответствующие этим оценен¬ ным условиям наблюдения. Банк эталонов формируется заранее и загружается в ин¬ формационную платформу системы само¬ наведения, а варьирование портретами сводится к текущему повторению (если возможно) процедуры получения портрета при различных условиях наблюдения. Из- за того, что условия боевого применения ВТО, как правило, исключают текущее ти¬ ражирование портретов фоноцелевой об¬ становки (если только ракета не движется по «змейке» или круговой траектории), то банк данных в информационной платфор¬ ме формируется только для эталонов. Ото¬ бранный наиболее близкий к текущему за¬ фиксированному системой самонаведения портрету эталон и используется при оценке координатных и/или некоординатных ха¬ рактеристик целей или/и навигационных ориентиров для совершения навигационно¬ го наведения. Способ 2. Допускает возможность про¬ граммной (аналитической) трансформации эталона или/и текущего портрета под оце¬ ненные условия наблюдения или условия получения эталона. Такая процедура воз¬ можна только тогда, если такой пересчет изображений конструктивен, т.е. может быть осуществлен алгоритмически в ин¬ формационной платформе. Она организует¬ ся весьма просто при сравнении координат¬ ных характеристик портрета и эталона и вы¬ зывает множество сложностей, когда в ос¬ нову такого сравнения кладутся некоорди¬ натные характеристики целей. Последняя трудность достаточно конструктивно преодолевается, если не¬ координатные характеристики задаются отношением на множестве опять же коор¬ динатных параметров, например, коорди¬ натами и скоростями разрешаемых систе¬ мой самонаведения или РУК локальных центров на поверхности или в объеме це¬ твшж
ли, а также когда навигационные ориен¬ тиры позволяют организовать надежную и эффективную процедуру по оценке своих характеристик. Такая процедура транс¬ формации обычно осуществляется пообъ¬ ектно, т.е. общий портрет всей наблюдае¬ мой фоноцелевой обстановки комбиниру¬ ется из сигнальных портретов отдельных объектов, поскольку практически все сре¬ ды, в которых располагаются эти объек¬ ты, линейны, да еще изотропны, однород¬ ны и стационарны. Факты возмущений среды распро¬ странения различными взрывами учитыва¬ ются признанием появления новых объек¬ тов у фоноцелевой обстановки со своими сигнальными портретами. Если размеры объекта превышают пиксель системы само¬ наведения или РУК, то портрет часто со¬ ставляется для соответствующей высвечи¬ ваемой части объекта, чтобы затем синтези¬ ровать весь (целый) портрет. Эти способы представления множе¬ ства портретов и эталонов допускают сле¬ дующую «полевую» трактовку для струк¬ туры соответствующего множества варьи¬ руемых объектов. Сначала считается, что в пространстве вокруг фоноцелевой об¬ становки (объектов) формируется некое поле, каждая точка которого описывается характеристиками, по которым можно од¬ нозначно восстановить значения базовых сигнальных множеств, на основе которых формируются эталоны и портреты. Далее, портрет или эталон рассматривается как отсчет этого поля или, что точнее, его се¬ чение, соответствующее текущим услови¬ ям наблюдения и траектории полета раке¬ ты. С помощью полей можно рассматривать процесс получения информации об объек¬ тах фоноцелевой обстановки, не обращая внимания на механизм формирования сиг¬ налов, необходимых для самонаведения и/или навигационного наведения. В центр рассмотрения ставится процедура исполь¬ зования полевой структуры при обеспече¬ нии сравнения сигналов от эталона и теку¬ щего наблюдаемого объекта фоноцелевой обстановки. Если следовать такой технологии, то по такому сформированному полю можно восстанавливать любой сигнал, с которым имеет дело система самонаведения. Поле должно быть таким, чтобы поставлять всю требуемую информацию для такого вос¬ становления сигнала (портрета, эталона). Физическое поле выступает носителем для сигналов. Итак, поле определено для лю¬ бой точки пространства, а система самона¬ ведения, находящаяся на траектории сво¬ его полета, имеет дело только с отсчетами этого поля, фиксируемых в следующих друг за другом точках траектории, т.е., как уже отмечалось, сигнал, называемый тра- екторным, с которым работает система самонаведения, есть в определенном смыс¬ ле сечение этого поля по траектории поле¬ та ракеты. Однако вновь напомним, что в сигналь¬ ных и информативных портретах включа¬ ются только те характеристики цели, ко¬ торые в текущем времени могут быть не¬ посредственно получены из совокупности фиксируемых системой самонаведения сигналов. Например, сигнатурные некоординат¬ ные характеристики цели не являются ком¬ понентами сигнальных портретов, посколь¬ ку такие характеристики получены с при¬ влечением «внесигнальной» априорной ин¬ формации о связи характеристик наблюдае¬ мых сигналов с классами и типами целей. Также отмечалось, что сигнальный или ин¬ формативный портреты целей или других наблюдаемых объектов допускают транс¬ формацию по ходу преобразования зафик¬ сированной на входе РУК или системы са¬ монаведения сигнальной информации. Та¬ кая процедура соответствует переходу от
физического канала к логическому, когда агрегированием формируются те или иные информативные портреты. Уровень агреги¬ рования определяет соответствующий ин¬ формативный портрет. Такая трансформа¬ ция информативных портретов призвана получить для объектов наблюдения наибо¬ лее востребованные и достоверные оценки их характеристик. Вполне правомочна постановка за¬ дачи - как по траекторному сигналу полу¬ чить достоверную оценку всего поля, а за¬ тем - всей фоноцелевой обстановки. Ре¬ шением «в лоб» здесь является выбор ре¬ презентативной траектории полета и усло¬ вий наблюдения зоны боевых действий (например, режима полного сканирования в каждой точке траектории). Этот траек- торный сигнал может иметь разнообраз¬ ную структуру, определяемую, прежде всего, параметрами цели, которые задей¬ ствованы при организации избирательного поражения. Одним из таких примеров уже вы¬ ступал портрет цели, использованный при представлении процесса получения ин¬ формации о параметрах объектов наблю¬ дения с помощью двух последовательно совершаемых процедур, описываемых операторами (1.1) и (1.2), задействованных логикой (1.3). Для того, чтобы портрет цели стал траекторным, нужно еще фиксировать и принимать во внимание его динамику при движении ракеты по траектории. При таком описании уже пытались в мак¬ симальной степени исключить влияние са¬ мой системы самонаведения на сигнал, предполагая, что портрет цели формирует¬ ся из сигналов на входе этой системы, т.е. неявно полагали, что при прохождении принятого сигнала вдоль тракта обработки информации (информационного канала) информация о фоноцелевой обстановке, содержащаяся в принятом сигнале, может только уменьшаться. При дистанционном наблюдении с привлечением взаимодействующей с объек¬ тами фоноцелевой обстановки некой «поле¬ вой» среды больше всего информации о це¬ лях можно получить от этой среды непо¬ средственно вблизи объекта. Для этого не¬ обходимо кроме фиксации характеристик этого поля, оценивать все нюансы его ди¬ намики в пространстве и времени. При уда¬ лении от объекта наблюдения эти нюансы нивелируются и становятся недоступными для выявления их существующими измери¬ тельными средствами. Однако добыть большую информа¬ цию мониторинговым средством об объек¬ тах наблюдения с фиксацией характери¬ стик данной полевой физической среды на траектории движения этого мониторинго¬ вого средства просто невозможно, а пото¬ му эта полевая среда с учетом ее простран- ственно-временной динамики выступает наиболее полным носителем информации о фоноцелевой обстановке, точнее, о коор¬ динатных и некоординатных характери¬ стиках всех объектов наблюдения на тра¬ ектории движения этого мониторингового средства. Естественно, что такая информация зави¬ сит от используемой физической среды и поэтому можно судить о полноте достав¬ ляемой об объектах наблюдения инфор¬ мации только для выбранной конкретной среды. Наконец, эта информация непо¬ средственно также определяется выбором и полнотой характеристик, описывающих состояние применяемой для мониторинга среды [456]. Более того, на выбор этих характеристик (по крайней мере, на но¬ менклатуру) должны повлиять и фикси¬ руемые параметры траекторного сигнала - в соответствии с системным подходом нужно в онтологию включать только то, что влияет на функционирование иссле¬ дуемой системы.
По этой причине, характеристики по¬ ля должны допускать возможность транс¬ формироваться в фиксируемые монито¬ ринговым средством характеристики тра- екторного сигнала. Другими словами, ха¬ рактеристики поля могут выбираться с запасом, но достаточным, чтобы восста¬ навливать по ним любые требуемые тра- екторные сигналы. Для информационных каналов, орга¬ низуемых для дистанционного наблюдения объектов имеет смысл ввести понятие фи¬ зического поля. Физическое поле, с одной стороны, содержит информацию об объек¬ тах наблюдения (точнее, о координатных и некоординатных параметрах), причем, именно как поле, т.е. для всех возможных условиях наблюдения, а с другой стороны, оно описывается таким набором характери¬ стик и пространственно-временных дина¬ мик, что эта потенциальная информация об объектах наблюдения является полной, в том смысле, что все другие фиксируемые характеристики этого физического поля ни¬ чего нового не добавят в знания о парамет¬ рах объектов наблюдения, и этой информа¬ ции всегда окажется достаточной для пред¬ ставления любого траекторного сигнала. Вновь повторяем, что номенклатура харак¬ теристик физического поля, диапазон изме¬ нения их значений согласовывается в соот¬ ветствии с принципом необходимого разно¬ образия с информационными возможностя¬ ми сенсоров, входящих в структуру РУК и систем самонаведения. Вообще говоря, изменение в составе и диа¬ пазоне изменения используемых характе¬ ристик, выявляемых из поля и фиксируе¬ мых в траекторных сигналах, влияет на формирование соответствующего физиче¬ ского поля, т.е. РУК и/или система самона¬ ведения требует «свое» физическое поле (см. например [174]). Хотя здесь вполне уместно требование унификации сигналь¬ ного поля на более широкую сферу приме¬ нений (т.е. оно должно формировать траек- торные сигналы для широкого круга при- I ложений и пользователей). Такое задание физического поля не требует никаких серьезных комментариев в случае фиксации собственных полей (физи¬ ческих сред), «производимых» объектами наблюдения. Поле, формируемое самими объектами наблюдения, и есть физическое поле, природа которого в данном случае со¬ вершенно понятна. А вот физическое поле, образующееся за счет взаимодействия с объектами наблюдения специально созда¬ ваемой непрерывной физической среды (падающего поля), направляемой в сторону объектов наблюдения с оценкой характери¬ стик физической среды (рассеянного поля), уже провзаимодействующей с объектами, столь наглядно не интерпретируется в каче¬ стве соответствующего физического поля. Здесь физическое поле должно рассматри¬ ваться как соответствующее теоретико¬ множественное отношение на совокупности множеств характеристик падающего и рас¬ сеянного полей. Принимаемые во внимание характеристики такого взаимодействия падающего и рассе¬ янного полей должны избираться в качест¬ ве характеристик физического поля, фор¬ мируемого для представления процесса рассеяния. Поскольку падающее поле для РУК или системы самонаведения «под контро¬ лем», то в качестве учитываемых характе¬ ристик формируемого физического поля могут непосредственно использоваться со¬ ответствующие характеристики рассеянно¬ го. При таком разделении наблюдаемого поля на падающее и рассеянное полагается, что вся информация о координатных и не¬ координатных параметрах объектов наблю¬ дения сконцентрирована только в рассеян¬ ном поле. В случае радиолокационных РУК и систем самонаведения такое разделения происходит автоматически, из-за того, что
падающее и рассеянное поля распростра¬ няются в противоположном направлении. По этой причине, рассеянное поле в этом случае часто называют отраженным. Чаще всего, комбинация падающего и рассеянного полей компактно описывается набором соответствующих операторов (как правило - коэффициентов) преобразования характеристик падающего поля в характе¬ ристики рассеянного. Такой набор характе¬ ристик позволяет по любому известному падающему на объект наблюдения полю оценить все характеристики рассеянного. Именно такой набор коэффициентов преоб¬ разования падающего поля в рассеянное и принимается в качестве характеристик со¬ ответствующего физического поля, т.е. этот набор непосредственно формирует это поле, которое доносит до РУК и/или системы са¬ монаведения координатные и некоординат¬ ных характеристики объектов наблюдения, в том числе и целей. Отмеченная возможность трансфор¬ мирования полей в траекторные сигналы автоматически предполагает достаточную полноту множества отсчетов полей, позво¬ ляющую сформировать по полю требуемый траекторный сигнал. В качестве таких фи¬ зических полей может также выступать, на¬ пример, распределение высот рельефа по маршруту полета. Здесь физической непре¬ рывной средой становятся пути прохожде¬ ния сигналов высотомеров. Одним из спо¬ собов формирования физического поля, ис¬ пользуемого при самонаведении, может вы¬ ступать применение совокупности разнооб¬ разных маяков, установленных или выявленных по трассе полета ракетного оружия в точках поворота маршрута (про¬ межуточных пунктах маршрута). Эти маяки могут быть маркерными небольшими радиопередатчиками или ори¬ ентирами, легко выявляемыми на фоноце¬ левой обстановке, которые могут, в том числе, и специально размещаться, напри¬ мер, с помощью безэкипажных наземных боевых средств, осуществляющих в зоне боевых действий идентификацию объектов, рекогносцировку маршрутов передвижения войск, корректировку размещения целей (особенно, движущихся). Условия признания пространственно-временного распределения характеристик физическим полем, пригодным для систем самонаведения ■ Реагирование этих характеристик на присутствие объектов наблюдения в зоне боевых действий. ■ Структурированность характеристик по пространственно-временным коор¬ динатам, достаточная для выявление контраста и динамики объектов на¬ блюдения. ■ Контрастность наблюдаемых характе¬ ристик фрагментов поля, свойствен¬ ных целям, от окружающей среды. ■ Трансформируемость этих характери¬ стик в траекторные сигналы РУК и систем самонаведения с сохранением структуры рассматриваемого физиче¬ ского поля. Моделью физического поля выступа¬ ют возможные конкретные наборы прини¬ маемых во внимание (т.е. способных транс¬ формироваться в модели траекторных сиг¬ налов) характеристик. При таком представ¬ лении эта модель может приниматься в ка¬ честве соответствующей онтологии для РУК и систем самонаведения. При возможности такой трансформа¬ ции полей в сигналы говорят также о форми¬ ровании соответствующих сигнальных (ин¬ формационных) полей для системы самона¬ ведения, как некоего сенсора (датчика). Та¬ ким образом, сигнальные поля - это оценен¬ ные сенсорами РУК и систем самонаведения физические поля. В последнее время оцени¬ ваемые характеристики сигналов чаще всего называют дескрипторами [500]. Сигнальное поле - это поле дескрипторов. Тогда оценка некоординатных параметров цели рассмат¬ ривается как соотнесение дескрипторов цели с определенным кластером, устанавливаю¬ щим принадлежность дескрипторов к тому или иному классу целей. Такой процесс на¬ зывается интерпретацией.
При переходе от физических к сиг¬ нальным полям, следовательно, устраняется всяческая избыточность характеристик в плане их номенклатуры и возможной дина¬ мики. Достаточно учитывать только те ха¬ рактеристики, которые непосредственно яв¬ ляются сигнальными параметрами. Следо¬ вательно, физические поля из-за своей воз¬ можной избыточности, вообще говоря, не доступны для оценивания с помощью кон¬ кретных РУК или системы самонаведения, сигнальные поля, в принципе, доступны, но избыточны для конкретной ситуации, а тра- екторный сигнал - это та реализация сигна¬ ла, которую способны получить РУК или система самонаведения для наблюдаемой ситуации. Когда система самонаведения подби¬ рает сигналы, в совокупности обеспечи¬ вающие наблюдение достаточно представи¬ тельного класса целей, то заявляют о созда¬ нии единого сигнального (информационно¬ го) поля для этого класса целей (например, воздушных целей как скоростных, так и ма¬ ловысотных, наблюдаемых на фоне земной поверхности). Здесь также проявляет себя процедура агрегирования, но уже по мно¬ жеству сигналов для некоторых целей. Сиг¬ нальные поля систем самонаведения имеют размерность, не меньшую числа сенсоров, входящих в его состав. С помощью сигнальных полей полу¬ чают информацию о координатных и не¬ координатных параметрах целей, а также изображение фоноцелевой обстановки, т.е. поля соотносятся с пространственно-вре¬ менным положением объектов наблюде¬ ния (целей). Фоноцелевая информация с точки зрения информатики есть данные. Дело в том, что, как правило, условия на¬ блюдения за фоноцелевой обстановкой для РУК и систем самонаведения обеспе¬ чивают обзор этой обстановки в режиме сканирования с достаточно малым элемен¬ том разрешения, чаще всего, по дальности, и/или угловым координатам, и/или скоро¬ сти, и/или поляризации. Это и позволяет обеспечить «развертку» сигнального поля в траекторный сигнал, сопоставляя харак¬ теристики наблюдаемого в данный момент времени сигнала с соответствующим раз¬ решаемым элементом наблюдаемого объ¬ екта. Полученная фоноцелевая информация определяется спектральными и интеграль¬ ными коэффициентами рассеяния и величи¬ нами контрастов для разных классов целей и фонов, а также временными корреляцион¬ ными связями яркостных характеристик ти¬ повых сцен для разных сезонов и климати¬ ческих зон. Фоноцелевая информация должна форми¬ роваться с четкой ориентацией на масштаб, детальность, спектральный диапазон, со¬ став типовых фоноцелевых сюжетов, т.е. на характеристики изображений, которые ис¬ пользуются при отработке информации в комплексе ВТО. Получается, что фоноцелевая инфор¬ мация - это онтология для комплекса ВТО, базирующаяся на модели физическо¬ го или сигнального поля, где в качестве сигнатур выступают источники этого по¬ ля, соотнесенные с объектами фоноцеле¬ вой обстановки. Наибольшим «потребите¬ лем» фоноцелевой информации в РУК и системах самонаведения выступают срав¬ нительно-обзорные (корреляционно-экст- ремальные) технологии. По этой причине формируют еще два понятия, одно из ко¬ торых соответствует текущему изображе¬ нию фоноцелевой обстановки, а второе - эталонному. Когда экспериментально оценивают текущую или эталонную информацию о районе боевых действий, то говорят о необ¬ ходимости организации маршрута съемки. «Природные» долговременные физические поля (которые в принципе нельзя целена¬ правленно изменить или нельзя изменить за допустимый промежуток времени) называ¬ ют также геофизическими полями, а физиче¬ ские поля, используемые при навигацион¬
ном самонаведении - навигационными. Иногда эти поля называют информацион¬ ными, особенно если они есть часть инфор¬ мационной платформы ракеты. Специально также указывают на векторную природу физических полей, заявляя о векторных или скалярных полях. Околоземное навигационное про¬ странство заполнено различными геофизи¬ ческими полями естественного и искусст¬ венного происхождения. Каждое такое поле характеризуется своими физическими пара¬ метрами, представляющими собой скаляр¬ ные или векторные величины, которые в различных точках пространства имеют раз¬ ные значения, т.е. являются функциями ко¬ ординат. Таким образом, можно говорить о скалярных или векторных функциях, опре¬ деленных в околоземном пространстве, т.е. о соответствующих скалярных или вектор¬ ных информационных полях, знание кото¬ рых бывает необходимо для решения задач навигации. Это, в первую очередь, гравита¬ ционное поле, магнитное поле и воздушная атмосфера Земли, параметры которых ис¬ пользуются при реализации инерциального и аэрометрического навигационных мето¬ дов счисления. Параметры ряда других по¬ лей (например, параметры рельефа земной поверхности, радиотеплового поля, радио¬ локационного и т.п.) используются при реа¬ лизации обзорно-сравнительных методов навигации (основаны на обзоре окружаю¬ щей местности и сравнении полученного изображения с соответствующей предвари¬ тельно подготовленной картой), основу ко¬ торых составляет корреляционно-экстре¬ мальная обработка текущих измерений и параметров поля. Значимые сигнальные (информационные) поля, используемые комплексами ВТО ■ Векторные поля сил тяжести и тяготе¬ ния. ■ Векторное магнитное поле Земли. ■ Скалярные поля параметров воздуш¬ ной атмосферы. ■ Звездное небо. ■ Скалярные поля рельефа и объектово¬ го состава земной поверхности. ■ Радиолокационное, радиотепловое, оптического контраста поля. ■ Поле гамма-излучения. ■ Радионавигационные поля, создавае¬ мые станциями дальней и ближней навигации, а также сетью навигацион¬ ных искусственных спутников Земли и функционирующих радиоэлектрон¬ ных средств. ■ Информационные поля, образуемые сетью ориентиров и целей, распреде¬ ленных в пространстве. Для избирательного наведения ВТО нашли применение все перечисленные виды сигнальных (информационных) полей. Комбинированные системы самонаве¬ дения используют, как правило, для своего функционирования несколько физических (сигнальных, информационных, геофизиче¬ ских, навигационных) полей. Векторный ха¬ рактер физического поля не дает повода счи¬ тать соответствующую систему самонаведе¬ ния комбинированной (конечно, если при этом не задействованы другие физические поля). Такое объединение физических полей для обеспечения информационной платфор¬ мы комбинированной системы самонаведе¬ ния соответствует агрегированию соответст¬ вующей системы сигналов.
КОМПЛЕКСИРОВАННЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ Многофункциональность систем самонаведения сопровождается тем, что они становятся комплексирован- ными, комбинированными и интегри¬ рованными. Интегрированность осу¬ ществляется на конструкторско-тех¬ нологическом уровне и обычно замы¬ кает процессы комбинирования и комплексирования различных средств в единую, конструктивно собранную систему. С точки зрения исследова¬ ния функциональных возможностей системы самонаведения интегриро¬ ванность не проявляет себя явно. Разница между комбинированными и комплексированными системами са¬ монаведения, с одной стороны, су¬ щественна, а с другой, достаточно условна. Комбинированность означает нарастание у системы функций, т.е. здесь осуществляется объединение различных компонентов на функцио¬ нальном уровне [327], а комплексиро- ванность - условия для такого объе¬ динения, но уже на информационном, программно-алгоритмическом и кон¬ структивном уровнях. Например, сегодня все более по¬ пулярными становятся технологии, базирующиеся на совместной ком¬ плексной обработке радиолокацион¬ ных сигналов с сигналами оптико¬ электронного и инфракрасного кана¬ лов, причем типология каналов по¬ стоянно возрастает. Это позволяет повысить точность определения ко¬ ординатных характеристик целей. Поскольку объединяемые (комбинируе¬ мые) функции реализуются соответствую¬ щими им аппаратными или программными «носителями», то комбинированные систе¬ мы почти всегда являются и комплексиро¬ ванными. По этой причине, практически все заключения относительно комплекси- рованных систем можно сразу же распро¬ странить и на соответствующие комбини¬ рованные системы. Разумеется, и комбини¬ рованные, и комплектованные системы являются сложными системами. Принято считать, что признаки целей и данные о них, поступающие от источников информации, в рас¬ сматриваемом случае, по каналам комплексированных иди комбиниро¬ ванных РУК и/или систем самонаве¬ дения, различаются значениями хотя бы одного из признаков информаци¬ онных портретов. В совокупности множество всех возмож¬ ных информационных портретов составля¬ ют базу данных индивидуальных признаков целей. Предполагается, что фоноцелевая обстановка для данной типовой такти¬ ческой ситуации содержит только та¬ кие объекты, которые характеризуют¬ ся выбранными признаками и, соот¬ ветственно, при наблюдении каждого из них может быть получена серия его наблюдаемых информационных порт¬ ретов. Сделанное допущение также означает, что онтология информаци¬
онной платформы должна содержать информационные портреты всех це¬ лей, находящихся в зоне боевых дей¬ ствий. При этом под идентификацией цели понимается процесс установления по определенным правилам соответст¬ вия серии наблюдаемых при функцио¬ нировании РУК и/или системы само¬ наведения информационных портре¬ тов одному из них, содержащемся в информационной платформе комби¬ нированной или комплексированной системы. Сложность радиолокационных РУК и систем самонаведения, обеспе¬ чивающих гарантированное избира¬ тельное поражение заданных целей, в том числе при сетецентрических опе¬ рациях, а также необходимость обес¬ печения захвата цели на траектории, возрастание роли информационных процессов, использующих некоорди¬ натные характеристики целей, требу¬ ют новых подходов к формированию соответствующей информационной платформы, тем более, что все чаще такая информационная платформа об¬ служивает соответствующие ком- плексированные интеллектуальные системы, функционирующие на осно¬ ве различных физических принципов вкупе с инерциально-спутниковой на¬ вигацией и двухсторонними линиями обмена информацией. Ситуация, когда нужно комбинировать не¬ сколько источников информации при со¬ вершении избирательного поражения, воз¬ никает, когда система самонаведения или РУК должны функционировать в режиме радиолокационного молчания, когда скрытное сближение ракеты с целью без срывов сопровождения даже при достаточ¬ но редком уточнении информации о харак¬ теристиках цели обеспечивается использо¬ ванием информации от внешних для раке¬ ты источников. Специалистами справедли¬ во ставится задача о включении режима радиолокационного молчания в качестве одного из основных режимов применения ВТО по назначению [854]. В РУК решается широкий круг задач, связанных с автоматизацией процессов сбора, обработки, доведе¬ ния информации о состоянии своих сил и средств, разведанных объектах противника и проведения расчетов при подготовке и в ходе выполнения огневых задач [653]. При этом ин¬ формация комплексированных сис¬ тем, подлежащая обработке, имеет разнообразный вид, характер и посту¬ пает от сенсоров и устройств, уста¬ новленных на борту ракетоносца (средства разведки и наблюдения, то- попривязки и навигации, метеообес¬ печения, вычислительные средства и др.), а также от других РУК и центра управления через аппаратуру связи и передачи данных. Обеспечение автоматизации вышеуказан¬ ных процессов невозможно без создания информационной платформы, функциони¬ рующей в реальном времени и состоящей из устройств и подсистем, объединенных между собой каналами внутриобъектового обмена информации. Информационная платформа РУК и системы самонаведения - это совокупность вычислительных сред¬ ств, устройств входа/выхода (сопря¬
жения) с сенсорами и линий связи их объединяющих [288, 726]. В информационной платформе одновременно выполняется множест¬ во процедур, как вычислительных, так и синхронизации различных процес¬ сов управления и передачи информа¬ ции. Основной задачей информаци¬ онной платформы является обеспече¬ ние заданного качества обслуживания потоков вызовов (решений специаль¬ ных вычислительных и информаци¬ онных задач) в соответствии с вы¬ бранным критерием эффективности функционирования РУК или системы самонаведения. Многовариантность технических решений для информационной платформы, сжатые сроки проектирования, большие затраты на создание и внедрение - все это требует при разработке платформы широкого примене¬ ния на всех стадиях проектирования мето¬ дов имитационного моделирования. По¬ следние позволяют прогнозировать качест¬ венные и количественные характеристики информационной платформы и избегать дополнительных стоимостных, временных и трудовых затрат при ее реализации. Наиболее рельефно особенности таких информационных платформ вы¬ ступают для авиационных РУК, по¬ скольку здесь обслуживается очень динамичная боевая ситуация и из-за ограниченности имеющихся на борту авиационного средства всех видов ре¬ сурсов приходится наращивать их мно¬ гофункциональность, причем на уров¬ не информационного обеспечения. Радиофизическое обеспечение ПРОЦЕДУР ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ НАБЛЮДЕНИЯ Выше была обоснована следующая цепочка преобразований от параметров це¬ лей до сигнала в РУК или системе самона¬ ведения: координатные и некоординатные ха¬ рактеристики объектов => физическое по¬ ле => информационный портрет => сиг¬ нальное поле => информативный портрет => сигнальный портрет => траекторный сигнал0 => траекторный сигнал\ => траек¬ торный сигнал 2 =>...=> траекторный сигнал„. Она конкретизирует оператор преоб¬ разования Г(-) в (2.9)—(2.13), выделяя в нем соответствующую последовательность ча¬ стных операторов преобразования. Звенья этой цепочки, называемые траекторными сигналами, отражают совершаемые в ин¬ формационной платформе РУК и системе самонаведения преобразования над сигна¬ лом, при этом нулевым индексом отмеча¬ ются сигналы на входе этих систем. Вообще говоря, в качестве характеристик сигналь¬ ного поля можно принимать соответствую¬ щие характеристики траекторных сигналов для любых стадий их преобразования, тогда это поле будет «начинаться» именно в дан¬ ном сечении информационного канала (платформы). Начиная с сигнального поля, идет последовательное сужение принимае¬ мых во внимание характеристик сигнала
при подготовке сигнала (для доносимой им информации) к последующей оценке пара¬ метров объектов наблюдения. Как уже от¬ мечалось, соответствующие частные опера¬ торы преобразования должны в той или иной степени выступать как проекционные. Чаще всего в качестве указанных сечений принимается: вход РУК или системы само¬ наведения, выход антенны, выход линейной части, результат первичной обработки сиг¬ нала, результат вторичной обработки. Факт существования такой цепочки вновь ставит вопрос о необходимости вве¬ дения такой сущности как физическое по¬ ле - ведь все равно оценка характеристик цели проводится по сигналам. 1. Почему бы не начинать рассмотре¬ ние совершаемых преобразований сразу же с сигнального поля? 2. Зачем вводится сигнальное поле, если непосредственно используются только траекторные сигналы? Ответ на второй вопрос, прежде всего, кроется в необходимости грамотного рас¬ смотрения групповых действий боевых средств ВТО, т.е. нескольких систем само¬ наведения, а также когда избирательное по¬ ражение целей сопровождается варьирова¬ нием траекторий полета ракеты с выбором наиболее оптимальной. В этом случае пред¬ почтительнее «взгляд со стороны» («извне») на процессы самонаведения и наведения, что в сигнальной опции обеспечивает сиг¬ нальное поле. Первый поставленный вопрос требует более пространного обоснования. Посколь¬ ку в представленной цепочке все совершае¬ мые преобразования сразу же после физи¬ ческого поля соответствуют проекционным операторам, то понятно желание оценить потенциальную способность выбранной фи¬ зической среды до совершения с ней всяче¬ ских преобразований воспроизводить в на¬ боре своих характеристик и их динамике параметры объектов наблюдения. Это, ко¬ нечно же, нужно оценивать до всяческих усечений характеристик, задающих поле, соответствующее выбранной физической среде. В этом случае поставленный вопрос должен рассматриваться методами физики, а в случае, если физическое поле является радиоволнами, то методами радиофизики. Обоснование процедур оценки коор¬ динатных параметров не вызывает серьез¬ ных трудностей. Здесь физика достаточно хорошо освоенная и понятная. Условием осуществления такой оценки выступает разрешающая способность по тем или иным координатам. Более того, процедуры оценки координатных и некоординатных характе¬ ристик, как правило, между собой уверенно разделяются (факторизуются), а потому рассмотрение процедур по оценке некоор¬ динатных характеристик можно связать только со случаем неподвижного объекта наблюдения. Оценивание некоординатных параметров в радиофизике рассматривается на дифракционном уровне, когда по харак¬ теристикам поля определяются граничные условия (в нашем случае, форма, размеры, электрофизические свойства поверхности) объекта - по рассеянному полю или по соб¬ ственному излучению. Эта так называемая в теории дифракции граничная задача. Очевидно, что успешно выполненная оценка граничных условий объекта наблю¬ дения существенно облегчит определение всех некоординатных параметров цели. Здесь остановимся на том варианте гранич¬ ной задачи, где используется объектом на¬ блюдения (целью) для «зашифровывания» своих координатных и некоординатных ха¬ рактеристик рассеянное поле. При решении проблем наведения и/или самонаведения интересна и иная постановка граничной за¬ дачи, когда по объекту и падающему на не¬ го полю оценивается рассеянное поле. При этом различают две постановки граничной задачи - в стационарном и не¬ стационарном варианте. В стационарном варианте исследуется установившееся поле вокруг объекта, когда временная структура падающего (а при линейных граничных ус¬ ловиях на объекте - и рассеянного) поля представляет синусоиду. Если внимание концентрируется на процессах установления рассеянного поля (переходных процессах) при любой времен¬
ной структуре падающего поля, то гранич¬ ная задача считается заданной в нестацио¬ нарном варианте. Та часть объекта наблю¬ дения, которая возбуждается падающим на него полем, выступает для рассеянного поля как его источник. Прежде всего, радиофизика дает ответ на вопрос - нужно ли оценивать электро¬ магнитное поле в каждой точке окружаю¬ щего объект наблюдения пространства. Ес¬ ли источники рассеянного поля сосредото¬ чены в ограниченной области пространства (это происходит, когда размеры объекта на¬ блюдения конечны и/или условия наблюде¬ ния обеспечивают облучение падающим полем только части объема объекта), то для стационарного варианта выявляют две зоны наблюдения рассеянного поля - ближнюю и дальнюю. Для излучающей антенны даль¬ няя зона соответствует удалению от антен¬ ны, где можно оценивать ее диаграмму на¬ правленности. В теории дифракции доказа¬ на теорема Вилкокса, утверждающая, что в стационарной постановке поле в любой точке ближней и дальней зон может быть строго воспроизведено по касательным компонентам электрического или магнитно¬ го поля (здесь «или» разделительное - од¬ новременное задание этих касательных компонент электромагнитного поля избы¬ точно), известным на поверхности сферы достаточно большого радиуса, окружающей излучающую систему. Требование доста¬ точно большого радиуса говорит об удале¬ нии, превышающем границу дальней зоны. Для рассеянного поля фиксируемая на поверхности сферы в дальней зоне его ис¬ точников структура касательных состав¬ ляющих поля называется диаграммой рас¬ сеяния. Следовательно, в стационарной по¬ становке диаграмма рассеяния полностью определяет все рассеянное поле. В теории дифракции обычно рассмат¬ ривается лишь прямая теорема единствен¬ ности, формулирующая условия однознач¬ ного определения рассеянного поля. Пока¬ зано, что в этом случае как для изотропной, так и анизотропной сред распространения при задании граничных условий для задан¬ ных источников поля гарантируется един¬ ственность существующей для рассматри¬ ваемой системы источников и границ диа¬ граммы рассеяния, следовательно, и всего электромагнитного поля. В случае нестационарного рассеяния эта теорема несколько конкретизируется требованием причинности, чтобы рассеян¬ ное поле, наблюдаемое с некоторого мо¬ мента времени, определялось начальными условиями для исследуемого поля (как пра¬ вило, для его источника), соотнесенными с этим моментом. Если граничные условия изменяются во времени, то отмеченное только что условие причинности распро¬ страняется и на них. Вообще говоря, прямая теорема един¬ ственности, пусть даже сформулированная только для рассеянных полей, применитель¬ но к проблемам радиофизики, ориентиро¬ ванной на экспериментальные технологии, не имеет принципиального значения. Дейст¬ вие этой теоремы транслируется в утвержде¬ ние, что как бы не варьировались граничные (а в нестационарной постановке, еще и на¬ чальные) условия, всегда какое-то рассеян¬ ное поле вне граничных поверхностей уста¬ новится. Она может быть проинтерпретиро¬ вана как возможность в качестве физическо¬ го поля для систем самонаведения использо¬ вать непосредственно граничные (а если нужно, еще и начальные) условия объектов наблюдения. Возможность однозначной трансформации такого физического поля в сигнальное как раз гарантируется упомяну¬ той только что теоремой единственности. Для дистанционного наблюдения го¬ раздо больший интерес вызывает обрат¬ ная теорема единственности, когда по наблюдаемому рассеянному полю, высту¬ пающему как физическое поле, делается попытка оценить граничные (в нестацио¬ нарном случае еще и начальные) условия объекта наблюдения убедиться в единст¬ венности этих оценок. Здесь предполагает¬ ся, что хотя каждая система источников, граничных и начальных условий формиру¬ ет единственное для нее поле, однако это отнюдь не означает, что разные системы
источников и граничных условий не смо¬ гут сформировать одинаковые (или почти одинаковые - из допущения этой оговорки следует некорректность по А.Н. Тихонову обратных задач), но для каждой из них единственные рассеянные поля. Обратная теорема единственности призвана ответить на вопрос - может ли одно и то же распре¬ деление рассеянного поля быть получено от разных систем источников и граничных условий. Уже здесь отмечалось, что такая постановка характерна как раз для задач определения некоординатных параметров, занимающихся восстановлением по тем или иным характеристикам рассеянного или излученного поля его источников и сопутствующих граничных условий. При¬ менительно к рассеянному полю в стацио¬ нарных задачах во внимание следует при¬ нимать только диаграмму рассеяния. Зна¬ ние ее действительно однозначно опреде¬ ляет рассеиватель. «Физическое» доказа¬ тельство правильности этого утверждения дает голография. Для нестационарного случая условия обратной теоремы единственности соблю¬ даются при регистрации временной и поля¬ ризационной структур рассеянного поля с какого-либо одного фиксированного на¬ правления (направления рассеяния). В этом случае характеристики рассеянного поля единственным образом определяют рассеи¬ ватель. Правда, это предполагает фиксацию сколь угодно долго длящихся и сколь угод¬ но малых колебаний рассеянного поля или, как говорят в радиофизике, полной динами¬ ки. При наблюдении имеют дело только с оценками рассеянного поля, полнота кото¬ рых ограничена возможностями соответст¬ вующих сенсоров. Итак, в широком смысле обратная задача дифракции в радиофизике принимается как задача определения физических и геомет¬ рических характеристик рассеивателя (формы, размеров, отражательной способ¬ ности и т.д.) по измерениям рассеянного сигнала в дальней зоне. Различные способы дистанционного наблюдения рассеивателя могут рассматри¬ ваться с единых позиций обратной задачи радиофизики как результат ее частного ре¬ шения. С точки зрения необходимости оценки некоординатных характеристик ра¬ диофизика гарантирует способность гра¬ ничных (а если требуется и начальных) ус¬ ловий выступать в качестве физического поля для мониторинговых задач. В полной мере это относится к ин¬ тенсивно разрабатываемым сегодня техно¬ логиям обращенного синтезирования апер¬ туры, которые обеспечивают синтез гра¬ ничных условий рассеивателя за счет от¬ носительного движения или собственного вращения рассеивающих объектов. При приближенной процедуре синтеза рассеи¬ вателя по результатам наблюдения рассе¬ янного поля обычно используются сле¬ дующие подходы к описанию процесса восстановления рассеивателя: томографи¬ ческий (геометрический), голографиче¬ ский, корреляционный, теории антенных решеток, согласованной фильтрации, с ис¬ пользованием сверхширокополосных сиг¬ налов и т.д. Все эти подходы обнаружива¬ ют свое единство как различные трактовки решения обратной задачи радиофизики. При решении обратной задачи радио¬ физики исходят из предположения о нали¬ чии определенного объема (состава) изме¬ рений, а значит, при заданном составе из¬ мерений требуется оценить потенциальные возможности получения тех или иных фи¬ зических характеристик рассеивателя, а также дать обоснование требований к изме¬ рениям и процедурам обработки для зафик¬ сированного рассеянного поля. И, наконец, из-за принципиальной приближенности и неполноты реальных процедур восстанов¬ ления рассеивателя по наблюдениям рассе¬ янного поля (хотя бы из-за того, что досту¬ пен при организации и осуществлении вы¬ сокоточного наведения всегда только фраг¬ мент диаграммы рассеяния для стационар¬ ного случая) безусловно возникает важный вопрос о трактовке и интерпретации полу¬ ченных данных, на который невозможно
ответить без анализа физических процессов дифракции радиоволн. Именно по указанной причине при рассмот¬ рении процедур самонаведения, применяю¬ щих некоординатную информацию о целях, целесообразно вводить в рассмотрение такую сущность как физическое поле, обеспечи¬ вающее непосредственное использование ме¬ тодов и результатов радиофизики при синте¬ зировании технологий по оценке некоорди¬ натных параметров объектов наблюдения. Кроме того, это дает возможность сопостав¬ лять на радиофизической основе траекторные сигналы, функционирующие в структуре комбинированных систем самонаведения. Информационное обеспечение КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Некоторые виды оружия становятся высоко¬ точными только тогда, когда используют комбинированные системы самонаведения. Это говорит о том, что для таких ви¬ дов оружия одного информационного дат¬ чика о фоноцелевой обстановке недоста¬ точно для оценки в реальных условиях ко¬ ординатных и некоординатных характери¬ стик целей и/или одного способа наведения ракеты на цель недостаточно для избира¬ тельного поражения заданной цели. Когда рассматривались способы наве¬ дения и самонаведения, то, по существу, были рассмотрены варианты построения каналов управления ракеты, комбинация которых и определяет вид комбинирован¬ ной системы самонаведения. Если инфор¬ мационное обеспечение и управление поле¬ том ракеты осуществляется разделенными физическими платформами через соответ¬ ствующие уровни взаимодействия, то рас¬ смотрение комбинированных систем само¬ наведения должно еще учитывать возмож¬ ное разнообразие используемых в процессе наведения и избирательного поражения ин¬ формационных сенсоров. Комбинированные системы самонаведения для своего функционирования, как прави¬ ло, требуют несколько сигнальных полей, хотя бы потому, что каждая процедура на¬ ведения нуждается в специфическом ин¬ формационном обеспечении. Именно по этой причине сегодня комбинированность системы самонаведения связывают именно с многообразием сенсоров о фоноцелевой обстановке, привлекаемых при осуществ¬ лении избирательного поражения. Это же замечание справедливо и в отношении ин¬ формационного обеспечения многофунк¬ циональных систем самонаведения. В этом смысле, многофункциональные системы самонаведения, как правило, явля¬ ются еще и комбинированными. Однако, если многообразие применяемых информа¬ ционных сенсоров обслуживает параллель¬ но только какую-то одну процедуру, то здесь целесообразно заявлять о комплекси- рованной системе самонаведения, где сово¬ купность таких парциальных сенсоров фор¬ мирует соответствующий логический канал. Наконец, если в комплексированной систе¬ ме самонаведения парциальные сенсоры формируют один и тот же тип данных о ко¬ ординатных и некоординатных характери¬ стиках цели, то такие комплексированные системы, как правило, называют многока¬ нальными. Следовательно, комплексиро¬ ванные системы используют информацию
об одних и тех же характеристиках объекта наблюдения, полученную от различных ис¬ точников, при различных условиях наблю¬ дения, из различных физических и сигналь¬ ных полей. Эта информация, как правило, структурируется в виде матриц [21]. Ком¬ бинированные системы самонаведения со¬ поставляют информацию об объектах на¬ блюдения на уровне уже оценок их коорди¬ натных и некоординатных характеристик. По способу взаимодействия сенсо¬ ров различают комбинированные системы самонаведения последовательного, парал¬ лельного и смешанного типов. В последо¬ вательных системах самонаведения сенсо¬ ры во времени функционируют последова¬ тельно, например в соответствии с процеду¬ рами. В парачлельных системах самонаве¬ дения сенсоры работают одновременно в течение той или иной реализуемой проце¬ дуры или даже всего времени наведения. В смешанных системах самонаведения сенсо¬ ры комплексируются как по этапам полета, так и внутри этапов. Сенсоры могут функционировать независимо друг от друга, либо объединяться (интегри¬ роваться) в единый комплексный измеритель [523]. Но это уже рассмотрение комбиниро¬ ванной системы самонаведения с точки зре¬ ния ее физической платформы. До сих пор классификация комбинированных систем са¬ монаведения осуществлялась на уровне рас¬ смотрения их информационных платформ. Если исходить из структуры физиче¬ ской платформы ракетной системы самона¬ ведения ВТО, то в ней парциальные сенсоры часто конструктивно оформляются в единое устройство, во-первых, по своей основной функции - на основе анализа внешней об¬ становки оценивать требуемые пространст¬ венно-временные координаты для изменения состояния ракеты в процессе осуществления избирательного поражения. Во-вторых, дос¬ тижения микроэлектроники, микроэлектро¬ механики и нанотехнологий делают систему самонаведения интегрированным функцио¬ нальным устройством (чаще всего, конструк¬ тивно единым узлом). В-третьих, отмечен¬ ные только что пространственно-временные координаты внешней обстановки для систем самонаведения достаточно локализованы (обычно это соответствует утверждению, что система обеспечивает самонаведение ракеты только на одну цель). В зависимости от места расположе¬ ния первичного источника электромаг¬ нитного излучения в радиоэлектронных системах самонаведения различают актив¬ ные, полуактивные, пассивные и комбини¬ рованные системы. При активном наведе¬ нии ракета, облучая объект фоноцелевой обстановки (если реализуется самонаведе¬ ние, то - цель) своим бортовым передатчи¬ ком, наводится на цель по рассеянному ею сигналу. При полуактивном самонаведении цель облучается передатчиком, установлен¬ ном вне «самонаводящейся» ракеты, а на ракете имеется только приемник. Например, передатчик сигнала подсвета цели может размещаться на истребителе, с которого осуществляется запуск ракет, а приемник - на ракете воздух-воздух, наводимой на цель. Можно здесь классифицировать сис¬ темы полуактивного самонаведения по мес¬ ту расположения передатчика подсветки - другой самолет, беспилотный летательный аппарат (специально следует выделить слу¬ чай, когда это другая ракета, участвующая в организации и осуществлении групповых действий), наземный пункт, корабль или космическое средство. Несмотря на то, что подсвет осуществляется в полуактивном режиме извне, такую систему самонаведе¬ ния обычно считают рефлексирующей, хотя здесь требуется синхронизировать во вре¬ мени и пространстве «внешний» подсвет и наблюдение рассеянных сигналов. Возможны ситуации, когда цель сама является источником электромагнитного излучения, например теплового, от рабо¬ тающего двигателя, радиоизлучения от ра¬ ботающего радиосредства, или, как только что отмечалось, быть маркерным маяком. В этих случаях возможно пассивное самона¬
ведение по сигналу, излучаемому самой це¬ лью. На самонаводящейся ракете комбини¬ рованные радиоэлектронные системы само¬ наведения совмещают в себе полуактивно- или активно-пассивные системы. Среди комбинированных систем самонаведения наиболее употребительны полуактивно- активные, активно-пассивные, полуактив- но-активно-пассивные. В зависимости от ситуации использу¬ ется тот сигнал от цели, который обеспечи¬ вает лучшие характеристики наведения (точность, помехоустойчивость, дальность действия). Использование комбинирован¬ ных систем самонаведения позволяет в об¬ щем случае увеличить дальность действия, помехозащищенность, точность наведения и надежность функционирования радио¬ электронного комплекса в целом. Существенный недостаток активных радиоэлектронных систем самонаведения — низкая скрытность работы. В полу активных системах самонаведения этот недостаток проявляется значительно меньше. Недос¬ татком пассивных систем самонаведения является ограничение объектов поражения радиоизлучающими целями. Преимущество активной системы са¬ монаведения состоит в полной автономно¬ сти управления. Но бортовая аппаратура ак¬ тивных систем получается более громозд¬ кой. Ограниченная мощность бортового пе¬ редатчика приводит к ограничению дально¬ сти действия. Полуактивные системы самонаведе¬ ния не обладают полной автономией управления, поскольку другой самолет (или пункт управления, или какое-либо иное радиосредство подсветки цели) дол¬ жен облучать цель в течение всего времени наведения (самонаведения). Однако даль¬ ность действия таких систем самонаведе¬ ния получается больше, чем «чисто» ак¬ тивных, а бортовая аппаратура самонаво¬ дящейся ракеты проще, имеет меньшие массу и габариты. Дальность в таких сис¬ темах увеличивается за счет того, что на подсвечивающем летательном аппарате (или наземном пункте) может быть уста¬ новлен мощный передатчик, а передающая антенна, размещенная в месте выработки подсвечивающего сигнала, может иметь большое усиление. Бортовая аппаратура полуактивных систем самонаведения часто усложняется за счет включения в ее состав еще и приемника прямого сигнала с пункта управления (сигнала подсветки цели), не¬ обходимого для организации процедур, связанных с селекцией цели по скорости, где требуется сравнивать частоту сигнала от движущейся цели и «опорного» сигнала, в качестве которого выступает сигнал под¬ светки. Пассивные системы самонаведения обладают полной автономией и имеют наи¬ лучшие массогабаритные характеристики, но их работа полностью зависит от излуча- тельной способности цели (объекта пора¬ жения). В таких системах самонаведения можно измерять дальность и скорость сближения с целью, но уже за некоторое конечное время наблюдения. Радиолокационные системы самонаведения Дадим краткую характеристику ра¬ диолокационным системам самонаведения, являющимся подмножеством радиоэлек¬ тронных систем. Сегодня среди перечисленных сенсо¬ ров специально выделяют радиолокацион¬ ные, поскольку современные достижения радиолокации, гарантируя изначально при¬ сущую всепогодность и всесуточность, по¬ зволяют получить изображения, прибли¬ жающиеся с точки зрения боевого примене¬ ния к оптическим. Неслучайно здесь гово¬ рят о создании систем радиовидения [143, 490, 488]. Правда, теперь специалистам по 190 я
радиолокационным системам технологий собственно радиовидения становится мало, и они заявляют о необходимости разработки уже систем радиолокационной томографии [366]. Помехоустойчивость таких радиоло¬ кационных систем самонаведения обеспечи¬ вается грамотным выбором пространствен- но-временной структуры зондирующего сиг¬ нала и тактикой использования. Радиолокационные системы самона¬ ведения позволяют обеспечить универ¬ сальность применения ракетного оружия как по морским, так и по наземным объ¬ ектам, а также значительно сократить но¬ менклатуру управляемого ВТО, тактиче¬ ского, оперативно-тактического и страте¬ гического назначения. На радиолокацион¬ ные системы самонаведения и радиолока¬ ционные РУК сегодня возлагаются основные надежды в связи с необходимо¬ стью поражения сверхзвуковых целей. Здесь необходимо применять специальные методы и обработки радиолокационных сигналов, поскольку: ■ большая скорость гиперзвуковых це¬ лей требует, чтобы обнаружение таких целей происходило на увеличенной дальности; ■ при наблюдении гиперзвуковых це¬ лей, особенно при использовании ре¬ жима длительного когерентного нако¬ пления радиолокационных сигналов и использовании импульсов относи¬ тельно малой длительности (единицы микросекунд), имеет место миграция цели (радиолокационного сигнала) по стробам дальности; ■ анализ изменения принятого от гипер- звуковой цели радиолокационного сигнала показывает, что даже при прямолинейном равномерном полете гиперзвуковой цели, при условии, что цель и система самонаведения (или РУК) не движутся с относительным курсом, равным нулю, появляются со¬ ставляющие радиального ускорения и ее производной; наличие уже только радиальной составляющей ускорения приводит к возникновению дополни¬ тельной частотной модуляции в ра¬ диолокационном сигнале, что расши¬ ряет его спектр. Допустим, что возможная радиальная скорость гиперзвуковой цели составляет 3000 м/с. Тогда за время когерентного на¬ копления 100 мс изменение дальности со¬ ставляет 300 м. При разрешении по дально¬ сти, например 75 м, сигнал успевает пере¬ меститься на четыре канала по дальности. При этом имеет место не ступенчатый ска¬ чок сигнала между строками по дальности, а плавный, с перескакиванием импульса между каналами дальности. Радиолокационные системы самонаведения из-за кратковременного и разового режима их работы позволяют использовать пере¬ датчики, не имеющие принудительного ох¬ лаждения, способные работать в течение всего полетного времени ракеты на тепло¬ вой инерции конструкции. Форсирован¬ ный, незащищенный радиаторами и охла¬ дителями, тепловой режим функциониро¬ вания энергоемких устройств систем само¬ наведения вместе с требованиями миниа¬ тюрности и встраивания в объемы ракет при ограниченных массогабаритных харак¬ теристиках приводит к увеличению доли «ручного» проектирования, базирующегося на опыте школ разработчиков. При таком проектировании осуществляется размен обычных для авионики эксплуатационных характеристик на тактико-технические и функциональные. В литературе долгое время радиоло¬ кационные системы самонаведения называ¬ лись головками самонаведения. В последние годы применительно к артиллерийским бо¬ еприпасам появился еще один, близкий по смыслу, термин - координатор цели, под которым понимается устройство (подсисте¬ ма) системы самонаведения, решающее за¬ дачи измерения кинематических перемен¬ ных (координатных параметров) относи¬
тельного движения ракеты и цели, а также организации процесса слежения за целью. Координатор цели предназначен для селекции цели по координатным парамет¬ рам, определения ее положения относи¬ тельно боевого элемента и выработки не¬ обходимых сигналов управления [631]. Следящие координаторы с гироскопиче¬ ской или электронной стабилизацией (сис¬ темами самонаведения) используются в общем случае для определения угловой скорости линии визирования системы «снаряд - подвижная цель», а также угла между продольной осью снаряда и линией визирования и ряда других необходимых параметров. Фиксированные координаторы (без подвижных частей), как правило, вхо¬ дят в состав обзорно-сравнительных сис¬ тем наведения на неподвижные наземные цели или используются в качестве вспомо¬ гательных каналов комбинированных сис¬ тем самонаведения. Пример корабельного комбинированного РУК Поддержание достаточного военно- морского потенциала Российской Федера¬ ции, обеспечивающего проецирование на¬ циональных интересов Российской Федера¬ ции в Мировом океане способны обеспечи¬ вать только корабли Военно-Морского фло¬ та, оснащенные инфокоммуникационными средствами, на основе которых формирует¬ ся комбинированный корабельный РУК со своей информационной платформой и гарантирующий: ■ решение задачи непрерывного кон¬ троля обстановки на море; ■ решение задач детального освещения обстановки в критически важных рай¬ онах; ■ эффективность применения разнооб¬ разных видов ВТО; ■ встраивание в информационные сис¬ темы и системы управления более вы¬ сокой иерархии, а также возможность автономного функционирования; ■ возможность организации сетецентри¬ ческих операций и участия в них; ■ эффективное использование всех ви¬ дов ресурсов; ■ обеспечение эффективного огневого и радиоэлектронного противодействия; ■ непрерывное и гибкое управление си¬ лами, носителями, техническими средствами и оружием вплоть до от¬ дельного боеприпаса; ■ информационное обеспечение высо¬ комобильных физических платформ для доставки оружия и войск к месту проецирования интересов; ■ возможность избирательной, высоко¬ точной нейтрализации объектов и сил противника в районах, определенных как сфера национальных интересов России. Если ранее перед ВМФ РФ ставилась зада¬ ча контроля системы охраны побережья и ближней морской зоны, то подписанная в июле 2015 г. Морская доктрина обозначает шесть региональных направлений деятель¬ ности ВМФ: атлантическое, арктическое, тихоокеанское, Каспий, индоокеанское и антарктическое. Это требует применения не только подводного флота, но и мощного надводного с организацией соответствую¬ щей обслуживающей инфраструктуры (в том числе, с базами снабжения и ремонта). Такой комбинированный корабельный РУК есть часть замкнутой, самодостаточной системы управления боевым информацион¬ ным пространством в мировом океане, т.е. соответствующей сетецентрической систе¬ мы. Поскольку именно на подводных лод¬ ках и надводных кораблях размещены ос¬ 192 1 %ШШВШь
новные ударные комплексы ВМФ, способ¬ ные нанести любому потенциальному про¬ тивнику серьезный урон, наиболее важным элементом автоматизированной системы управления оперативно-тактического (так¬ тического) уровня ВМФ являются кора¬ бельные РУК. Автоматизированные системы управления кораблей ВМФ, их тактических групп и группировок разнородных сил предназна¬ чены для повышения эффективности управления кораблями, их вооружением, силами и средствами группировок кораб¬ лей с целью наиболее полного использова¬ ния их боевого потенциала, в том числе, и эффективного применения ВТО. Предназначение корабельных РУК порождает и сложность их создания, кото¬ рая заключается в том, что они должны обеспечить одновременно решение двух за¬ дач - автоматизировать управление боевы¬ ми средствами корабля (оружием, средства освещения обстановки, технические средст¬ ва) и автоматизировать общие и все частные функции управления должностных лиц ко¬ рабля, а также командования и штабов так¬ тической группы кораблей, группировки разнородных сил и сил флота, размещенных на корабле. В основе идеологии создания перспективной корабельной многофунк¬ циональной интегрированной РУК и интег¬ рированной башенно-мачтовой конструк¬ ции корабельных РУК лежит ключевой принцип - сквозная взаимная и интеграция на базе единых протоколов информа¬ ционного обмена между ними [19]. Решение задачи вторичной обработки информации осуществляется в информаци¬ онной платформе РУК корабля. Здесь инте¬ грация проводится как внутри собственно отдельных РУК (поисково-прицельных ком¬ плексов), так и в направлении взаимоувязки их с системами управления ударными ком¬ плексами ВТО и с центрами управления. При этом способ получения и отобра¬ жения информации о районе наблюдения обеспечивает бесшовное сопряжение всех информационных и физических платформ с системами управления оружием. Переход к использованию сетецентрических техноло¬ гий, помимо обеспечения гибкости управ¬ ления боевыми средствами, позволяет су¬ щественно разгрузить системы управления оружием от решения задач планирования применения оружия и обеспечивает воз¬ можность создания распределенных в про¬ странстве и не привязанных к инфраструк¬ туре обеспечения или конкретному типу но¬ сителей модульных комплексов вооружения [844, 171,807, 13,287]. В стратегической перспективе буду¬ щее в инфокоммуникационном обеспечении соединений ВМФ видится в освоении и ак¬ тивном использовании технологий про¬ граммируемого радио (SDR [743]), осно¬ ванных на передаче очень коротких (вплоть до десятых, а затем и сотых долей наносе¬ кунд) импульсов. Они позволяют использо¬ вать унифицированные интегрированные приемопередатчики. Эти технологии спо¬ собны осуществить интеграцию на про¬ граммном уровне разнородных систем - ра¬ диолокации, РЭБ, радиосвязи, в том числе и для осуществления межкорабельного обме¬ на, что делает их незаменимыми при осуще¬ ствлении сетецентрических операций из-за высокой скрытности информационного об¬ мена. Работа в режиме наложения значи¬ тельно повышает эффективность использо¬ вания спектра и открывает новые возможно¬ сти реализации беспроводных приложений. Такие системы обеспечивают высо¬ кую гибкость в использовании спектра, по¬ зволяют разрабатывать адаптивные прие¬ мопередатчики и оптимизировать в реаль¬ ном времени качественные показатели сис¬ темы в зависимости от требуемых скорости передачи, диапазона, мощности, качества обслуживания и предпочтений пользовате¬ лей. При этом важнее всего то, что одно и то же устройство, согласно технологии SDR, может предоставлять услуги различ¬ ным пользователям в различных диапазонах 1 т 193 т»т
частот, с различной скоростью и другими требованиями без привлечения дополни¬ тельных аппаратных средств. Стандартизация подходов и решений при разработке РУК, взаимодействия с команд¬ ными пунктами флотов положительно сказы¬ вается на снижении стоимости и достижении Системы наведения Наведение может базироваться как на основе информации, добывае¬ мой в РУК (нерефлексирующие сис¬ темы самонаведения), так и на основе информации, формируемой на борту ракеты, точнее из ее радиоэлектрон¬ ной системы управления, входящей в систему самонаведения. Самонаведе¬ ние, осуществляемое рефлексирую¬ щей системой, обеспечивается только бортовой ракетной информационной платформой. Процессы наведения и самонаведения должны иметь одинаковую структуру, раз¬ личие должно выступать в месте формиро¬ вания команд полетом ракеты, а также в по¬ казателях и характеристиках для этих про¬ цессов. Используя понятие макросостояния, можно заявить и о том, что процедуры наве¬ дения и самонаведения имеют схожее мак¬ росостояние, формируемое верхним уров¬ нем информационной платформы ВТО. Итак, функционирование систем наведения при выполнении текущей задачи определяется последователь¬ ностью команд высокого уровня. Для описания миссий на универ¬ сальном языке программирования новых возможностей кораблей. Единые под¬ ходы реализуются на всем спектре решаемых задач: от оценки обстановки (надводной, воз¬ душной, подводной) до выдачи целеуказания всем видам вооружения, вместе с этим орга¬ низуется взаимодействие с берегом, возду¬ хом, в соединении кораблей. И САМОНАВЕДЕНИЯ можно использовать специальные графические редакторы, позволяю¬ щие создать миссию на специальном графическом языке, на основании ко¬ торой далее будет сгенерирован код на одном из универсальных языков программирования. Основными преимуществами та¬ кого подхода является наличие удоб¬ ного интерфейса пользователя и большой набор встроенных средств для моделирования выполнения мис¬ сии, однако код, сгенерированной этими программными средами, часто является избыточным и не оптималь¬ ным по быстродействию или объему используемой памяти. В этом случае избыточность информации оценива¬ ется мерой ее партинентности. Другим подходом является соз¬ дание специализированных графиче¬ ских редакторов, которые на основе специфического набора команд бое¬ вого средства, заранее реализованных на универсальном языке программи¬ рования, позволяют задать его мис¬ сию в виде программного кода. Ос¬ новными преимуществами такого подхода является задание миссии в виде, наиболее удобном для операто¬
ра, формирование оптимального про¬ граммного кода, а к недостаткам можно отнести сложность расшире¬ ния набора команд боевого средства, перегруженность графического ин¬ терфейса при создании сложной мис¬ сии. РУК и система самонаведения это, прежде всего, информационные (инфокоммуникационные, см. гл. 1) системы, где управление поддержива¬ ется именно на информационном уровне в рамках специально форми¬ руемой информационной платформы. Эта поддержка еще более усиливается с нарастающим применением техно¬ логий искусственного интеллекта в таких системах, что позволяет гово¬ рить об интеллектуальных системах самонаведения и РУК. Мы последовательно отслежива¬ ем эту тенденцию в развитии РУК и систем самонаведения, а потому сей¬ час обсудим" ряд понятий теории ин- фокоммуникационных систем под со¬ ответствующим «интеллектуальным» углом зрения. Для систем самонаведения среди информационных данных специально выделяют данные дистанционного зондирования [862]. К данным дис¬ танционного зондирования относят данные, полученные с помощью съе¬ мочной аппаратуры РУК наземного, воздушного или космического бази¬ рования, позволяющей получать изо¬ бражения в одном или нескольких участках электромагнитного спектра. Информация, представленная в тек¬ стовой, графической, звуковой (ау¬ дио) и визуальной (видео) форме, преобразуется в данные с помощью оперативной дискретизации - кванто¬ вания и кодирования. В гл. 1 отмечалось, что сегодня данные стали считаться основным компонентом информационной сис¬ темы наряду с аппаратурным (физи¬ ческим) и программным компонен¬ тами. Данные - это физическое пред¬ ставление информации. Функциони¬ рование информационной системы включает такие процессы как отбор, обобщение, анализ и синтез инфор¬ мации, которые обогащают знаниями, которыми можно делиться с другими системами. База данных является ин¬ формационной моделью предметной области. Соответственно, управление базами данных - процесс определе¬ ния, создания, ведения баз данных, а также манипулирования ими. Данные, усложняясь, превращаются в зна¬ ния, а базы данных - в базу знаний. Сово¬ купность средств, обеспечивающих работу со знаниями, образуют систему управления базой знаний в отличие от системы управ¬ ления базой данных. База данных предна¬ значена для хранения исходных и проме¬ жуточных данных решаемой в текущий момент задачи. Главная роль системы управления базой данных заключается в обеспечении пользо¬ вателя инструментарием, позволяющим оперировать данными в абстрактных тер¬ минах, не связанных со способом их хра¬ нения в ЭВМ. База данных может формиро¬ ваться в РУК и системе самонаведе¬ ния. В ее состав входят, как правило, несколько баз данных (о районе при¬
менения, о целях, как об объектах распознавания, о возможностях бое¬ вых средств ВТО и информационных каналов), система управления базами данных, а также библиотека запросов и прикладных программ. Иногда практически в том же контексте ис¬ пользуют понятие банка данных, в качестве которого выступает автома¬ тизированная информационная сис¬ тема централизованного хранения и коллективного использования дан¬ ных. В состав банка данных входят одна или несколько баз данных и сис¬ темы хранения, обработки и поиска информации в них. Банк данных яв¬ ляется важнейшей составной частью автоматизированных информацион¬ ных и других систем, функциониро¬ вание которых связано с обработкой больших объемов данных. Банк дан¬ ных называют локальным, если: ■ он размещен в одном вычисли¬ тельном центре или на одной ЭВМ; ■ распределенный банк данных - система объединенных под еди¬ ным управлением и посредством компьютерной сети территори¬ ально разобщенных локальных баз данных. 1. Можно отметить, что инфор¬ мация всегда кому-то нужна. Кто-то или что-то, получивший информа¬ цию, изменяет свои действия, поступ¬ ки, цели, задачи. В этом случае, говорят о ценно¬ сти - прагматике в информации и в сигнале. Это наиболее важная харак¬ теристика эффективности интерпре¬ тации доставленной для пользовате¬ ля информации, отражающая на¬ сколько доставленная ему информа¬ ция удовлетворяет его потребности, в данном случае по организации и осуществления избирательного по¬ ражения заданных целей. Здесь ис¬ пользуется термин пертинентность для обозначения соответствия полу¬ ченной информации потребностям пользователя независимо от того, как полно или точно эта информацион¬ ная потребность была трансформи¬ рована в процедуры и характеристи¬ ки соответствующей информацион¬ ной системы, добывающей эту ин¬ формацию. Пертинентность измеря¬ ется степенью соответствия между ожиданиями пользователя и резуль¬ татами обслуживающей его инфор¬ мационной системы и определяется как отношение объема полезной для пользователя информации (в случае ВТО - используемой при организа¬ ции и осуществлении избирательного поражения) к общему объему дос¬ тавленной измерительной системой информации. 2. Информация всегда что-то обозначает, что-то за ней «стоит»: это или команда на включение, или пре¬ дупреждение об опасности, или со¬ держимое ячейки памяти, или сооб¬ щение (данные), или сведения о со¬ стоянии какого-либо объекта. Соответствие информации с тем, о чем она призвана сообщить, есть выявление у нее семантики. (Специа¬ листы по семиотике - науке о знако¬ вых системах - говорят, что «семан¬ тика задает отношения между зна¬ ками и тем, что они обозначают».) 3. Сигнал, являющийся носите¬ лем информации, есть некоторый ма-
термальный объект, причем динами¬ ческий - у него есть история, он из¬ меняется, а информация определен¬ ным образом структурирована в про¬ странстве и времени, у нее всегда мо¬ гут быть выявлены определенные ко¬ личественные характеристики. В этом случае говорят о синтактике сигнала и о синтаксических характеристиках сигнала, соответствующих ходу «из¬ менения некоторой физической вели¬ чины». Использует ли та или иная информационная система семантику и прагматику у сигналов, сообщений и данных - это ее «внутреннее» дело (предусмотренное, конечно, ее созда¬ телем). Для информационных систем семантика представляет собой базу данных и знаний, необходимых для функционирования системы, а праг¬ матика - набор действий, процессов, которые могут выполняться в систе¬ ме. К прагматике также относятся за¬ дачи и функции системы, которые оп¬ ределяют требуемые наборы знаний. Для семантики чаще всего использу¬ ется представление в виде соответст¬ вующей модели, называемой в теории информационных систем фреймом. Фрейм можно рассматривать как опи¬ сание объекта со всей совокупностью присущих ему свойств. В качестве идентификатора (сиг¬ натуры) фрейму присваивается имя, которое должно быть единственным во всей фреймовой системе. Фрейм имеет определенную внутреннюю структуру, состоящую из множества элементов, называемых слотами, ко¬ торым также присваиваются имена. Каждый слот, в свою очередь, пред¬ ставляется определенной структурой данных. Выводы во фреймовой сис¬ теме осуществляются путем обменов сообщениями между фреймами. При этом каждому фрейму задаются опре¬ деленные обязанности и обеспечива¬ ется согласованное решение проблем с помощью выводов в заранее распре¬ деленном диапазоне обязанностей. Отметим, что модельное описание цели координатными и некоординат¬ ными характеристиками имеет как раз фреймовую структуру. Семантика формирует правила, с помощью которых задается онтоло¬ гия, т.е. установление соответствия между объектами модели проблемной среды и объектов реальной среды. Так, например, сейчас предложены методы исключения субъективности оператора в оценке семантики по изо¬ бражению фоноцелевой обстановки. Один из таких методов, описанный в [719], сводится к оценке насыщенно¬ сти семантики, которая определяется как число выявляемых точек в контуре изображения некоторого объекта. Та¬ кое соответствие объектов имеет целе¬ направленный характер и устанавли¬ вается в ходе эксперимента. Ключе¬ вым элементом, обеспечивающим ука¬ занное соответствие, является струк¬ тура данных, которая позволяет хранить многообразие отношений, реализующих такое соответствие. Та¬ ким образом, семантика может рас¬ сматриваться как сложная структура, предназначенная для хранения данных и знаний. Такая структура может быть использована для представления зна¬ ний о процессах информационной сис¬ темы, т.е. для описания ее прагматики.
При хранении данных и знаний с фиксацией их семантики обычно формируются и задействуются семан¬ тические сети. Знания можно интер¬ претировать как описания отношений между абстрагированными понятиями и сущностями (чаще всего, фрейма¬ ми), являющимися конкретными объ¬ ектами реального мира. Понятия и отношения между ними можно опи¬ сать сетью, состоящей из узлов и дуг. Узлы в такой сети выражают сущно¬ сти и понятия, а дуги являются описа¬ ниями их отношений. Все узлы и дуги могут быть снабжены метками, кото¬ рые называют, что именно они опи¬ сывают. Такой формализм представ¬ ления знаний получил название се¬ мантической сети, представляющей способ представления знаний, бази¬ рующийся на структурном воспроиз¬ ведении с помощью отношений се¬ мантических взаимосвязей между фреймами. Выводы на семантических сетях определяются через отношения между множеством дуг, имеющих общие узлы. Наиболее простым явля¬ ется вывод между заданными дугами, определяемый самой структурой се¬ мантической сети. РУК КАК ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА РУК комплекса ВТО, в том числе и оптикоэлектронные, в последние годы претерпели бурное развитие и составили довольно четко очерчен¬ ный класс информационных систем. В РУК должны быть обязательно процедуры получения семантической и прагматической информации, а не только оценок синтаксических харак¬ теристик сигнала, причем доля таких процедур резко возрастает. Системы самонаведения, как правило, исполь¬ зуют заранее заложенную или достав¬ ляемую извне по организованным инфокоммуникационным каналам в ходе боевой операции семантическую и прагматическую информацию о фо¬ ноцелевой обстановке и намерениях противника от РУК. Цели заставляют использовать для своего описания семантические и прагматические характеристики, ко¬ гда они выступают как акторы. Если придерживаться принятой сегодня многими специалистами по системо¬ технике точки зрения, что важнейшим признаком любой сложной системы является факт использования ею се¬ мантической и прагматической ин¬ формации, то сигналы РУК сами об¬ разуют сложную систему, где слож¬ ность обусловлена как раз использо¬ ванием семантической и прагматиче¬ ской информации об объектах зоны боевых действий, намерений сторон, применяемой тактике функциониро¬ вания. Необходимость использования семантической и прагматической ин¬ формации вызвана действием прин¬ ципа необходимого разнообразия при наблюдении сложной фоноцелевой обстановки. В этом случае принятие решений по избирательному пораже¬ нию опирается на координатные па¬ 198 |
раметры целей, поскольку такие па¬ раметры в свернутом виде вплоть до выявления намерений противника обобщают разнообразие наблюдае¬ мых координатных характеристик це¬ лей. Чаще всего обнаруживается сле¬ дующая основная тенденция в разви¬ тии РУК (как и систем самонаведе¬ ния) как информационных систем: выявление постоянного центрального управляющего вычислительного ядра и набора информационных датчиков и систем, имеющих высокий уровень унификации по информационному обмену, управлению и индикации. Выявление в структуре системы самонаведения вычислительного управляющего ядра позволяет по- иному взглянуть на привычные ин¬ формационные процессы в системе, например, аддитивность информации понимается как отсутствие реакции на выходе управляющего ядра при изме¬ нении его входных характеристик. Формируется, таким образом, аппа- ратурно-интегрированная много¬ уровневая иерархическая система, являющаяся носителем информаци¬ онной платформы, интегрирующая информационные сенсоры, процес¬ соры обработки сигналов и инфор¬ мации в распределенной информаци¬ онно-интеллектуальной вычислитель¬ ной среде на основе интегрированных каналов связи [878, 879]. В свою очередь, центральное вычислитель¬ ное управляющее ядро РУК предполагает разработку единых магистральных линий связи и соответствующих контроллеров, единых средств управления, процессоров и единого языка программирования, поиск аппаратных возможностей для внедрения многоуровневого информационного обмена и методов искусственного интеллекта, а также создание определенного стереотипа поведения оператора при работе с различ¬ ными сенсорами и системами [292]. Указанная ядерная структура по¬ строения РУК использует информа¬ ционную избыточность системы сиг¬ налов, позволяющую в совокупности со структурной и функциональной избыточностями реализовывать не¬ сколько групп функций РУК различ¬ ными способами с автоматической реконфигурацией структуры и вне¬ дрять системы поддержки принятия решений. Основу системы поддержки принятия решений составляют базы данных (знаний), модели принятия решений (в том числе использующие методы искусственного интеллекта) и различные средства отображения ин¬ формации в удобном для конкретного пользователя виде. Такая структура соответствует РУК как информаци¬ онной платформе с большими пото¬ ками первичной информации - здесь автономные специализированные унифицированные вычислительные модули осуществляют первичную об¬ работку и сжатие информации, а цен¬ тральное вычислительное ядро обес¬ печивают вторичную обработку и об¬ работку информации от информаци¬ онных сенсоров и систем с неболь¬ шими потоками. Если РУК использует всю имеющуюся информацию о районе боевых действий и намерениях про¬ тивника, то говорят о его функциони¬
ровании в едином информационном пространстве. Формирование единого информационного пространства является сегодня одним из основных направлений развития информа¬ ционных технологий, особенно связанных с организацией облачных вычислений. Единое информационное про¬ странство ВС РФ - пример реализа¬ ции идей единого пространства под военные приложения. В этом случае чаще говорят о необходимости рабо¬ тать в единой информационно-управ- ляющей среде, где разнообразные разнородные информационные объек¬ ты и ресурсы объединяются в различ¬ ные структуры по функциональному признаку, связанному с обеспечением получения требуемой информации с любого сколь угодно удаленного ис¬ точника. Формирование единой ин- формационно-управляющей среды рассматривается зарубежными воен¬ ными специалистами как необходи¬ мое условие достижения взаимопо¬ нимания участниками боевых дейст¬ вий на театре военных действий. На сегодняшний день интеллек¬ туальность РУК и систем самонаве¬ дения (точнее, их информационных платформ) обнаруживается по вклю¬ чению в их структуру экспертных систем. Экспертные системы, кото¬ рые, по-видимому, можно отнести к наиболее освоенным достижениям в области искусственного интеллекта [640, 847, 421], получили в настоящее время достаточно широкое распро¬ странение при создании мониторин¬ говых и стрельбовых систем, к классу которых относится и РУК. Более того, как правило, специально оговаривает¬ ся, что в РУК должна отображаться текущая, прогностическая и эксперт¬ ная информация [518]. Экспертная система - это аппаратно-программ¬ ный комплекс, в состав которого вхо¬ дит вычислительная машина и про¬ граммное обеспечение, позволяющее формировать действия объекта, инте¬ ресы которого эта система обслужи¬ вает, используя специальный алго¬ ритм сопоставления определенных признаков наблюдаемой текущей си¬ туации с соответствующими призна¬ ками эталонной ситуации (модели), сосредоточенными заранее в специ¬ альной базе знаний, входящей в экс¬ пертную систему. Очевидно, что можно опускать упоминание о вычис¬ лительной машине, как о носителе экспертной системы, и считать толь¬ ко соответствующую часть про¬ граммного обеспечения собственно экспертной системой. Такой же под¬ ход сегодня действует и для систем искусственного интеллекта. Приме¬ нительно к задачам, решаемым с по¬ мощью ВТО, экспертная система вы¬ ступает как синоним базы знаний, поскольку база знаний здесь призва¬ на с помощью набора правил и меха¬ низма вывода на основании добытых фактов распознать ситуацию, оце¬ нить ее опасность и намерения про¬ тивника и «своих» систем самонаве¬ дения (при групповом взаимодейст¬ вии), сформулировать решение или дать рекомендации для выбора необ¬ ходимого действия. База знаний предназначена для хранения долгосрочных данных, опи¬ 1 2оо 1 ■
сывающих рассматриваемую область (а не текущих данных), и правил опи¬ сывающих целесообразные преобра¬ зования данных этой области. Упо¬ минание долгосрочное™ указывает на возможность хранения и накопле¬ ния информации и команд в течение требуемого для функционирования комплекса ВТО времени. Если использовать понятие мо¬ дели, задействованное в гл. 1, то база знаний, значит, и экспертная система, есть реализация некой формальной теории, определенной на соответст¬ вующей модели, в качестве базового множества, для которой используются знания. Экспертные системы позво¬ ляют с помощью базы знаний и меха¬ низма логического вывода осущест¬ вить выбор наиболее подходящего решения при данных входных пара¬ метрах, которые, в свою очередь, вво¬ дятся в систему в режиме диалога или явного ввода значений. Система поддержки принятия решений имеет схожее с экспертной системой предназначение, за тем ис¬ ключением, что в случае невозможно¬ сти предоставления конкретного ре¬ шения по входным параметрам, она должна обеспечить пользователя мак¬ симально детальной и полезной ин¬ формацией, необходимой для приня¬ тия решения самостоятельно. Очевидно, что системе принятия решений место только в РУК, а экспертная система может входить как в состав РУК, так и в системы самонаведения. Включение экс¬ пертной системы в информационную плат¬ форму РУК и системы самонаведения од¬ нозначно говорит об их интеллектуально¬ сти, поскольку и экспертная система, и база знаний, и система принятия решений наце¬ ливаются на получение обязательно неко¬ ординатной информации о фоноцелевой обстановке, используемой при принятии решений насчет планируемых и совершае¬ мых действий. Сравнение синтаксических ха¬ рактеристик объектов с эталонными осуществляется с помощью корреля- ционно-экстремальных методов, хотя такая процедура может совершаться и в экспертной системе для последую¬ щей оценки семантических и прагма¬ тических характеристик объектов района применения. Эти информаци¬ онные продукты применяются для диагностики и оценки технического состояния ракетоносца и его бортово¬ го оборудования (в том числе и РУК), для распознавания целей [281] и на¬ мерений противника на основе ис¬ пользования функций доверия, для планирования маршрутов, для реше¬ ния задач борьбы с подводными лод¬ ками, для комплексирования с помо¬ щью экспертных систем информации от бортовых сенсоров различной фи¬ зической природы и т.д. Экспертные системы обеспечи¬ вают стык между информационными технологиями, используемыми в сис¬ темах самонаведения и в системах ан¬ тропоцентрического наведения, если последние связать с наличием в соот¬ ветствующем контуре управления оператора, который «разрулит» лю¬ бую сложную ситуацию, встретив¬ шуюся при осуществлении избира¬ тельного поражения. Оператор, буду¬ чи ядром антропоцентрического объ¬
екта, каким является комплекс ВТО, как бы своими действиями компенси¬ рует недостаток интеллекта системы самонаведения. Итак, на какое-то время считаем, что, в отличие от системы самонаве¬ дения, антропоцентрическая система наведения с оператором - интеллек¬ туальная система, способная всегда обеспечивать избирательное пораже¬ ние цели. Экспертная система пере¬ носит опыт антропоцентрических систем наведения (точнее, решений и действий оператора) по решению той или иной конкретной задачи приме¬ нения ВТО в информационную плат¬ форму системы самонаведения. Требуемый опыт, как правило, фиксируется в соответствующих процедурах избирательного пораже¬ ния заранее. На борту ракеты требу¬ ется сопоставить реально наблю¬ даемую ситуацию, в которой систе¬ ма самонаведения затрудняется дей¬ ствовать, с той или иной похожей ситуацией, решение которой было успешно выполнено ранее или са¬ мой системой самонаведения, или оператором. Облик любой экспертной систе¬ мы в большой степени определяется областью и условиями, в которых она используется [421]. РУК (как и системы самонаведения) как эксперт¬ ные системы работают в реальном времени. Важнейшими требованиями, ко¬ торые предъявляются к системам ре¬ ального времени, являются произво¬ дительность, надежность, сохранно¬ сть данных, минимизация времени информационного обмена; для встраиваемых систем реального вре¬ мени предъявляют дополнительные требования, такие как малое энерго¬ потребление, размеры и масса. При¬ менительно к ВТО - время, в течение которого осуществляется вскрытие и поражение объекта (цели) до остав¬ ления им занимаемой позиции (рай¬ она, рубежа, пункта). Из этого следу¬ ет, что практически все системы самонаведения являются системами реального времени. Выбор архитектуры системы са¬ монаведения как системы реального времени, адекватной задаче избира¬ тельного поражения, является акту¬ альной задачей для комплексов ВТО. Ошибочные решения, принятые на этапе выбора типов межпроцес¬ сорных интерфейсов, могут стать причиной снижения качественных ха¬ рактеристик комплекса ВТО и не¬ обоснованных затрат на его реализа¬ цию. Все средства комплексирования вычислительных модулей нового по¬ коления специально разрабатываются для реализации очень быстрой связи. Полоса пропускания высоко¬ скоростных параллельных и после¬ довательных каналов достигает де¬ сятков гигабит в секунду на одно со¬ единение. Системы самонаведения, как системы реального времени, должны удовлетворять особым требованиям для развертываемых информаци¬ онных процессов: ■ необходима синхронизация функций системы самонаведения с динамикой полета и выявляе¬
мыми действиями противоборст¬ вующей стороны; ■ необходима синхронизация реа¬ лизуемых функций по времени; ■ необходимо обеспечение упоря¬ дочивания нескольких функций к разделяемым ресурсам. Применительно к экспертной системе РУК предлагается считать, что она работает в реальном време¬ ни, если гарантированно обеспечива¬ ется время реакции, не превышаю¬ щее заданное. Причем время реакции определяется реализуемыми функ¬ циями по обеспечению гарантиро¬ ванного избирательного поражения целей [86]. Функционирование экспертной системы РУК в реальном времени ха¬ рактеризуется рядом особенностей. ■ Работа с неполной, неточной и устаревшей информацией о на¬ мерениях противника и районе применения. Входные данные, получаемые экспертной систе¬ мой РУК от сенсоров и выдавае¬ мые ею заключения о тактике применения ВТО, не остаются неизменными. Достоверность получаемой сенсорами РУК ин¬ формации уменьшается с тече¬ нием времени, в связи с измене¬ нием состояния фоноцелевой информации, а также требований к тактике огневого поражения. Поэтому в экспертной системе РУК долж¬ ны быть обязательно предусмотрены сред¬ ства для работы в условиях неполноты и неопределенности данных, особенно когда РУК работает в реальном времени боевой операции. ■ Отказоустойчивость (живу¬ честь). Работа экспертной систе¬ мы РУК не должна прекращаться из-за выхода из строя одной или нескольких информационных подсистем РУК или отдельных элементов самой экспертной сис¬ темы, или возникающих срывов при оценке района применения и намерений противника. ■ Возможность адаптивной реак¬ ции на незапланированные собы¬ тия. Значительная часть процес¬ са функционирования информа¬ ционной платформы, а значит, и экспертной системы РУК в ре¬ альном времени происходит по заранее намеченной программе. Однако должны быть предусмот¬ рены средства прерывания за¬ данной программы после полу¬ чения информации о неожидан¬ ных (незапланированных) ситуа¬ циях. Экспертная система РУК должна обеспе¬ чивать оценку значимости зафиксирован¬ ных неожиданностей и сосредоточить все свои ресурсы на информационной под¬ держке наиболее важных событий, прервав или отложив на некоторое время обработку менее важной информации. ■ Ориентация на информацию от технических систем. В отличие от традиционных экспертных систем, работающих со статиче¬ ской предметной областью, бор¬ товая экспертная система РУК должна получать основной объем информации не от человека- оператора, а от сенсоров.
■ Использование псевдофизических логик. Экспертные системы РУК реального времени должны, пре¬ жде всего, обеспечивать возмож¬ ность временных (темпораль¬ ных) рассуждений, т.е. опериро¬ вать с событиями прошлого, на¬ стоящего, будущего и их взаимо¬ связями. ■ Гарантированное время реакции. Должно обеспечиваться получе¬ ние рекомендаций (в общем слу¬ чае с оценкой их достоверности) для действий в неожиданной си¬ туации за заданное время, кото¬ рое можно варьировать. ■ Интеграция программного обес¬ печения. Необходимым условием эффективного функционирования экспертной системы РУК является интеграция традиционного программного и алгоритмического обеспе¬ чения бортового радиоэлектронного обо¬ рудования (сжатие данных, обработка сиг¬ налов; выделение характерных признаков, спецификация задач ввода-вывода) с эври¬ стическим алгоритмическим обеспечением экспертной системы. ■ Возможность работы комплек¬ са ВТО в интеллектуальной сре¬ де, «наполненной» разнообраз¬ ными акторами. ■ Дифференциация функций экс¬ пертной системы и экипажа. Рекомендации экспертной сис¬ темы РУК непосредственно автома¬ тически (автоматизированно) исполь¬ зуется в контуре управления его но¬ сителем, оборудованием и оружием. Это делает необходимым четкое раз¬ граничение функций экипажа и экс¬ пертной системы, а также решение соответствующих вопросов, связан¬ ных с ответственностью за прини¬ маемые решения. Появление столь сложных ин¬ формационных платформ РУК (с ба¬ зами знаний и экспертными система¬ ми) соответствует реализации одной из основной тенденции их развития - повышения эффективности их как именно информационных систем. С другой стороны, резкое усложнение таких РУК, многорежимность функ¬ ционирования, необходимость ком- плексирования информационных сен¬ соров, использующих различные фи¬ зические принципы работы, ограни¬ ченность всех видов ресурсов, необ¬ ходимость эффективного избира¬ тельного поражения целей-акторов и неоднозначность получаемых резуль¬ татов приводят к неоптимальности процедур принятия решений и, как следствие, к необходимости удовле¬ творения других, столь же важных тенденций развития РУК и систем са¬ монаведения: повышение степени ав¬ томатизации и интеллектуализации. Отметим также, что последние тен¬ денции напрямую проистекают из се¬ мантики и прагматики, заключенной в сигналах и данных, циркулирующих внутри информационной пдатформы комплекса ВТО. Если, как эталонные, принимать РУК, базирующиеся на анализе и ис¬ пользовании только синтаксических характеристик сигнала, то основным признаком интеллектуальных РУК является готовность фиксировать и определять особые ситуации, когда
синтаксические характеристики не позволяют однозначно и достоверно оценить состояние района примене¬ ния и намерений противника. Это проявляется в том, что фоноцелевая обстановка включает в свой состав акторы. Особые ситуации требуют при¬ влечения дополнительной (напри¬ мер, априорной) информации, пере¬ дачи частичной ответственности за решения на специальные автомати¬ зированные информационные систе¬ мы, а также реализации возможности в условиях неполной, а иногда и ошибочной сети приоритетов и ха¬ рактеристик соответствия данных объектам района применения и воз¬ можности выявления намерений противника. С созданием технологии интер¬ претации особых ситуаций для РУК связывается отмеченный выше поиск аппаратных возможностей для вне¬ дрения методов искусственного ин¬ теллекта. Сегодня это направление интеллектуализации РУК обеспечива¬ ется совокупностью взаимодейст¬ вующих экспертных систем или/и применением нейрокомпьютеров. По¬ следние соответствуют принципиаль¬ но новой технологии обработки ин¬ формации, связанной с переходом на принципиально новый нейросетевой логический базис. Классифицируя системы интел¬ лектуальной поддержки РУК, функ¬ ционирующие в структуре информа¬ ционной платформы и анализирую¬ щие особые ситуации, целесообразно выделить две группы: непосредствен¬ ная и опосредованная поддержка. Чаще всего непосредственная под¬ держка реализуется при получении информации о районе применения (как правило, на борту соответст¬ вующего средства), а опосредован¬ ная - при интерпретации этой ин¬ формации (может быть, на более вы¬ соком уровне). Вместе с тем, сколь бы не «от¬ крещивались» от традиционных син¬ таксических характеристик сигналов и данных РУК, постоянно реализуется процесс их обновления, основанный, прежде всего, на возрастании размер¬ ности самих сигналов, значит, обес¬ печивающим как получение дополни¬ тельной информации, так и осуществ¬ ление ее резервирования за счет вве¬ дения избыточности. Например, пар¬ циальные сигналы РУК сегодня, как правило, имеют явную поляризаци¬ онную структуру, они разнесены по частотным диапазонам и по ракурсам наблюдения объектов района приме¬ нения. Вообще говоря, современные РУК активно используют практически все типы разнесения сигналов, значит, и соответствующих каналов: про¬ странственное SDMA, временное TDMA, частотное FDMA, поляриза¬ ционное PDMA, кодовое CDMA, вол¬ новое WDMA. Непосредственная интеллекту¬ альная поддержка особых ситуаций для РУК обладает базой знаний, со¬ держащей необходимые сведения для преодоления неопределенности, воз¬ никшей из-за особой ситуации. Эту часть информационного обеспечения экспертной системы связывают с те¬ заурусом РУК. Она может попол¬ няться или даже исправляться в ходе 205 шшшиикшяяшшвшшт
функционирования РУК. Кроме базы знаний экспертная система содержит также машину логического вывода, которая воспринимает поступившие сигналы и соотносит их с тезаурусом базы знаний. Налицо, таким образом, динамичность функционирования экспертной системы РУК, значит, и необходимость фиксации вносимых изменений на соответствующих ин¬ формационных носителях. Опосредованная интеллектуаль¬ ная поддержка особых ситуаций со¬ стоит в фиксации и накоплении ин¬ формации о функционировании РУК, в том числе и о работе устройств, входящих состав РУК. Данная под¬ держка участвует в осуществлении текущего (непосредственного) функ¬ ционирования, так как позволяет вы¬ явить особые ситуации и оценить прагматику и семантику сигналов и данных относительно объектов рай¬ она наблюдения и намерений против¬ ника. Естественно, что эти результаты затем идут на пополнение баз знаний экспертных систем РУК. Как правило, семантика инфор¬ мации связывается с классификацией объектов района наблюдения и наме¬ рений противника, а прагматика - с трансляцией своих намерений и оценкой намерений противника. Прагматические характеристики в случае применения ВТО задаются, чаще всего, при планировании налета соответствующим ранжированием объектов района применения по при¬ оритетности их избирательного пора¬ жения. База знаний для экспертной сис¬ темы РУК должна включать: навигационные данные для управления ракетоносцем в про¬ цессе боевой работы; данные о текущем состоянии РУК; данные о возможностях имею¬ щегося оружия и его состоянии; координаты навигационных ори¬ ентиров и объектов района при¬ менения; данные целеуказания; частотные каналы связи и коды госопознавания; цифровые карты районов функ¬ ционирования комплекса ВТО; состав и параметры информаци¬ онных сенсоров и их текущее со¬ стояние; ожидаемые классы и типы объек¬ тов района наблюдения (некоор¬ динатные параметры) и соответ¬ ствующие характеристики сигна¬ лов от них (для радиолокацион¬ ного РУК указанные сведения выступают в виде радиолокаци¬ онных характеристик целей); характеристики сигналов от эта¬ лонных целей и фрагментов рай¬ она наблюдения; данные о координатах и состоя¬ нии участников группового взаимодействия; карта электромагнитных помех и помеховой обстановки; предсказываемые границы зон безопасности; текущие оцененные границы зон безопасности; данные о последствиях примене¬ ния оружия; сведения об особых ситуациях;
■ оптимальные условия примене- ■ ния боевых средств ВТО. Эти знания могут использовать¬ ся также и наземными экспертными системами при опосредованной ин¬ формационной поддержке боевой работы. Анализируемые в отечественных ■ и зарубежных публикациях направле¬ ния развития позволили предприятию АО «НПП «Радар ммс» выделить сле¬ дующие поколения развития ракетно¬ го ВТО (рис. 2.2), для которых пред¬ приятие создало соответствующие системы самонаведения. Дадим сразу же характеристику ракетного ВТО пятого поколения со¬ гласно изображенной на рис. 2.2 сис- ■ теме классификации: применение методов межракет- ной (залповой) обработки ин¬ формации для увеличения даль¬ ности действия информационных каналов и повышения вероятно¬ сти селекции, классификации и целеназначения; реализация способов наведения ракетного ВТО на радиоконтра- стные стационарные наземные цели или ориентиры на основе обеспечения высокоточной нави¬ гации за счет комплексирования информации от систем инерци- альной и спутниковой навигации и применения каналов высокого разрешения; реализация алгоритмов синтеза основного информационного ка- Основные требования к комплексам ВТО Рисунок 2.2 Поколения развития комплексов ВТО
нала - активного радиолокаци¬ онного в переднебоковом обзоре, в том числе и на конечном уча¬ стке траектории при совершении противозенитного маневра, су¬ щественным образом повышаю- ■ щих разрешающую способность для обеспечения высокоточного наведения в определенную об¬ ласть цели; внедрение информационных ка- ■ налов высокого разрешения на основе различных физических принципов (лазерного, телевизи¬ онного, ИК, радиолокационного ■ в мм-диапазоне) с комплексиро- ванием их информации; синтез дискриминаторов (угло¬ вых, дальномерных, частотных) в том числе и по некоординатным характеристикам для обеспечения наведения в определенную об¬ ласть цели и осуществления из¬ бирательного поражения акторов; построение активного радиоло¬ кационного канала на основе ак¬ тивной фазированной антенной решетки (АФАР), в том числе в конформном исполнении; совмещение функций радиотех¬ нической защиты с аппаратурой активного радиолокационного канала; совершенствование структуры активного канала на основе сложных широкополосных час¬ тотно-кодированных сигналов с перестройкой частотно-временных Рисунок 2.3 Направления совершенствования систем самонаведения
параметров по случайному зако¬ ну (повышение скрытности за счет оптимизации параметров, повышение разрешения по даль¬ ности за счет широкополосных сигналов, снижение уровня бо¬ ковых лепестков и др.); ■ внедрение широкодиапазонного радиопеленгационного канала с параметрической классифика¬ цией источников излучения на основе аппарата экспертных систем; ■ реализация пусковой аппаратуры РУК, обеспечивающей формиро¬ вание полетных заданий с высоко¬ точным целеуказанием и макси¬ мальной быстротой реагирования на изменение боевой обстановки. На рис. 2.3 приводятся пути со¬ вершенствования радиоэлектронных систем самонаведения. Тактические характеристики СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Системы самонаведения предна¬ значены для обеспечения избира¬ тельного поражения определенного типа целей и оснащаются боевыми частями, обеспечивающими макси¬ мум поражающего действия боепри¬ пасов. Тип поражаемых целей и харак¬ тер поражающего действия (вид бое¬ вой части) боеприпаса определяют требование к точности их вывода (на¬ ведения) в заданную точку простран¬ ства (цель). Дальность действия любой системы, вхо¬ дящей в структуру комплекса ВТО, оцени¬ вается максимальным расстоянием от мес¬ та установки рассматриваемой системы до поражаемой цели, в пределах которого она способна выполнять свои функции. Точность (ошибка) вывода управляемых боеприпасов в заданную точку пространства (цель) является ключевым требованием, предъявляе¬ мым к системам самонаведения. На условия функционирования систем самонаведения ракетного оружия оказывают влияние, прежде всего, полет ракеты по криволиней¬ ной (баллистической) траектории, ошибки его вывода в точку начала работы системы самонаведения, а также район наблюдения в зоне ее обзора. Алгоритм траекторией коррек¬ цией, под которой понимается прави¬ ло, в соответствии с чем осуществля¬ ется полет ракетного оружия к цели на управляемом участке траектории движения, должен обеспечивать наи¬ лучшие условия наблюдения для сис¬ темы самонаведения и точность наве¬ дения (самонаведения) ракетного оружия на цель. В этом смысле траек- торная коррекция может рассматри¬ ваться как вариант траекторного управления. Отличие траекторной коррекции от траекторного наведения состоит только в том, что траекторная кор¬ рекция есть разновидность траектор-
ного наведения, специально выде¬ ляемая при совершении самонаведе¬ ния. Траекторное управление осуще¬ ствляется выполнением специального маневра средством ВТО, позволяю¬ щего улучшить условия наблюдения воздушных и наземных целей, в част¬ ности, за счет увеличения зоны обзо¬ ра, создания условий для синтезиро¬ вания антенного раскрыва, повысить разрешающую способность целей в группе, ликвидировать влияние анти¬ пода, повысить помехозащищенность от разнесенных в пространстве ис¬ точников помех и т.д. [638, 594]. Следующий набор тактических характеристик для систем самонаве¬ дения является производным от так- тико-технических характеристик бор¬ товых систем наблюдения, которые мы попытались подстроить под спе¬ цифику систем самонаведения, где наблюдение за районом применения играет существенную роль при обес¬ печении функционирования подоб¬ ных систем. К тактическим характеристи¬ кам систем самонаведения относят назначение, сектор или зону работы, время обзора этого сектора, качест¬ венные показатели обнаружения це¬ ли, число измеряемых координат и параметров движения цели и точ¬ ность этих измерений, возможность распознавания (опознавания), вид и качество выходных данных, разре¬ шающую и пропускную способность, помехозащищенность, надежность и экономичность, качество информа¬ ционного обмена, точность обеспе¬ чения наведения (самонаведения). Рынок комплексов ВТО очень перспективный и емкий, поэтому очень жесткий и его нужно постоян¬ но чувствовать, чтобы грамотно вес¬ ти и, если нужно, корректировать свою научно-техническую политику. Кроме того, такое постоянное отсле¬ живание продукции и достижений конкурентов позволяет эффективно применять технологию обратной разработки - исследование продукта конкурента по доступным источни¬ кам и образцам с целью узнать его устройство, принцип работы и оце¬ нить возможности создания аналога, не нарушая авторских прав. Обрат¬ ная разработка используется при синтезировании тех ситуаций, при которых будет успешным огневой налет с эффективным избирательным поражением на цель, в качестве ко¬ торой выступает анализируемый по доступным источникам объект. Как уже отмечалось, любая цель сегодня должна «на всякий случай» пола¬ гаться актором, что заставляет об¬ ратной разработкой выявлять ее воз¬ можную тактику поведения по уходу от избирательного поражения. При создании систем самонаве¬ дения ВТО и соответствующих РУК нынешние конкретные примеры дей¬ ствующих и разработанных РУК и систем самонаведения выступают как базовое множество, на котором стро¬ ится сначала модель теории, опреде¬ ляющей облик будущих систем, с обоснованными сигнатурами и разви¬ той миссией, а потом и формальная теория, которая формирует направле¬ ния развития таких систем. Исполь¬ зуемые при разработке этих систем и
комплексов понятия автоматически становятся базой для онтологии соз¬ даваемых РУК и систем самонаведе¬ ния. В книге, рассчитанной, в отличие от статей, на достаточно длительный срок жизни, заниматься анализом те¬ кущего состояния рынка комплексов ВТО вряд ли целесообразно. Кроме того, постоянно публикуются веду¬ щими фирмами и специалистами об¬ зоры о состоянии разработки и произ¬ водства ВТО, в том числе РУК и сис¬ тем самонаведения [806, 542, 411, 478, 605, 522, 417, 193, 649, 32, 648, 231, 240, 869, 651, 357, 738, 408, 809, 656, 748, 782, 608, 747, 8, 684, 20, 308, 541, 298, 297, 30, 375, 805, 444, 683, 676, 463, 846, 501, 873, 722, 296, 673, 749, 316, 197, 512, 691, 315, 657]. Основные направления развития ВТО (рис. 2.4) ■ Повышение точности стрельбы благодаря совершенствованию систем управления, применению перспективных устройств само¬ наведения, а также обеспечению информационного взаимодейст¬ вия с носителями средств пора¬ жения, внешними средствами разведки и целеуказания различ¬ ного базирования и командными пунктами. ■ Оснащение управляемого ору¬ жия, главным образом, крылатых и управляемых ракет различной дальности и автономных бое¬ припасов, бортовой аппаратурой перспективных систем обмена Рисунок 2.4 Основные направления развития комплексов ВТО
информацией и связи, обеспечи¬ вающей одновременное приме¬ нение управляемого оружия. Сокращение времени реакции за счет увеличения скорости полета (до высокой сверх- или гипер¬ звуковой) средств поражения, а также уменьшения времени под¬ готовки полетных заданий. Повышение боевой устойчивости средств поражения благодаря расширению диапазонов высот и скоростей их боевого примене¬ ния, значительно превышающих области поражения современных средств ПВО, а также обеспече¬ нию возможности маневрирова¬ ния по высоте, скорости и на¬ правлению полета. Повышение помехоустойчивости бортовой аппаратуры систем управления и наведения, надеж¬ ности обнаружения, достоверно¬ сти распознавания и классифи¬ кации целей в сложных метеоус¬ ловиях и помеховой обстановке. Обеспечение возможности пере¬ нацеливания, изменения полет¬ ного задания, ведения разведки по маршруту полета и оценки ре¬ зультата нанесения удара. Обеспечение избирательного воздействия поражающих факто¬ ров оружия на наиболее уязви¬ мые или важные области цели. Повышение скрытности приме¬ нения средств поражения путем снижения уровня демаскирую¬ щих признаков. Снижение закупочной стоимо¬ сти перспективных образцов оружия благодаря использова¬ нию в бортовой аппаратуре сис¬ тем, выполненных с широким применением уже освоенных технологий, а также дальнейшей автоматизации производствен¬ ных процессов. 212 |
онтология и миссия САМОНАВЕДЕНИЯ РАКЕТНОГО ВТО Учитывая необходимость дости¬ жения обязательной автономности (автоматизации) функционирования систем самонаведения и обработки информации в РУК, обеспечивающей разгрузку операторов и повышение эффективности избирательного пора¬ жения, нужно для систем самонаведе¬ ния и РУК учитывать при формиро¬ вании информационной платформы следующие выявленные на сегодняш¬ ний день основные направления раз¬ вития необходимого информацион¬ ного (а значит, и программно-алго- ритмического) обеспечения: ■ решение на борту ракетоносца и/или ракеты задач формирова¬ ния траекторий полета и тактики функционирования наименьшего риска для средства поражения со стороны противника; ■ осуществление, по необходимо¬ сти, изменения режимов функ¬ ционирования РУК и систем са¬ монаведения; ■ оптимизация пространственно- временного (координатного, на¬ вигационного) управления раке¬ той и ракетоносцем; ■ реализация развитых процедур оптимизации обработки и пред¬ ставления требуемой для избира¬ тельного поражения информа¬ ции, в том числе автоматизация сбора и обработки на всех этапах полета ракеты: картографиче¬ ской информации, схем решения основных и специальных задач, отображения для РУК (жела¬ тельно трехмерного или псевдо- трехмерного) подстилающей по¬ верхности и фоноцелевой обета-
новки, а также альтернативных решений в процессе подготовки и совершения избирательного поражения; ■ осуществление оперативного контроля процесса и результатов ракетных ударов для оценки их эффективности и последующей коррекции осуществляемых бое¬ вых действий; ■ реализация процедур искусст¬ венного интеллекта с формиро¬ ванием требуемых базы знаний и базы данных. В предыдущих главах постепен¬ но вводилась и пополнялась требуе¬ мая онтология для комплексов ВТО: ■ пространство было сужено до зоны боевых действий (зоны от¬ ветственности) со своей фоноце¬ левой обстановкой, где разме¬ щаются объекты наблюдения, некоторые из которых назнача¬ ются целями (объектами пора¬ жения или военными объектами); ■ зона боевых действий структу¬ рировалась по специально выяв¬ ляемым районам и направлени¬ ям, для скорости протекания процессов было определено так называемое реальное время (ре¬ альный масштаб времени), время четко структурируется на подго¬ товку к стрельбе и собственно процесс наведения (самонаведе¬ ния); ■ для объектов онтологии сущест¬ вует общий способ фиксации их содержания - модели с сигнату¬ рами, хотя допустимы и иные менее обстоятельные представ¬ ления; ■ структура связей с внешним ми¬ ром определена рис. 1.4; ■ выявлены информационная и фи¬ зическая платформы, а все, что не вошло в эти платформы, но влия¬ ет на процесс самонаведения, со¬ ставили вместе с информацион¬ ной платформой структуру ин¬ формационного канала; ■ сам процесс наведения считается состоящим из последовательно выполняемой комбинации про¬ цедур навигационного наведения и самонаведения, а в процессе самонаведения явно выявляется сенсорная составляющая; ■ полагалось, что для представле¬ ния целей и других объектов на¬ блюдения при организации и осуществлении эффективного избирательного поражения дос¬ таточно только знать с той или иной мерой неопределенности их координатные и некоординатные характеристики. Поскольку функционирование РУК и систем самонаведения базиру¬ ются на данных дистанционного зон¬ дирования (мониторинга), то понятно, почему онтология соответствующих технологий наблюдения зоны боевых действий заимствуется практически целиком из технологий дистанцион¬ ного зондирования водных и земных покровов, а также анализа изображе¬ ний и сцен. В свою очередь, эти тех¬ нологии, которые оказались востре¬ бованными РУК и системами самона¬ ведения, разрабатываются в рамках иконики. Применительно к информа¬ ционному обеспечению высокоточно¬ го наведения, отталкиваясь от резуль¬
татов этой науки, можно говорить о создании нового научного направле¬ ния - иконики фоноцелевого инфор¬ мационного обеспечения. Основной информационный про¬ дукт технологий иконики фоноцеле¬ вого обеспечения - это тематически обработанная цифровая карта, где с учетом всей полноты априорной ин¬ формации о фоноцелевой обстановке сконцентрированы результаты ком¬ плексной обработки интегрированной совокупности данных о координатных и некоординатных характеристиках объектов наблюдения, для предостав¬ ления ее в информационную плат¬ форму РУК и системы самонаведе¬ ния. При этом нельзя допустить рас¬ ползания разных составных частей единого целого - понимание сущно¬ сти изображений фоноцелевой обста¬ новки, их свойств и возможностей (семантической и прагматической информации о фоноцелевой обста¬ новке) под углом зрения осуществле¬ ния избирательного поражения целей. Следовательно, предоставляемые иконикой фоноцелевого обеспечения технологии формирования цифровых карт вместе со структурой представ¬ ления данных о фоноцелевой обста¬ новке для осуществления избиратель¬ ного поражения заданных целей есть зафиксированная соответствующим образом онтология комплексов ВТО. В основу иконики фоноцелевого информационного обеспечения поло¬ жена сквозная информационная тех¬ нология от физической (в широком смысле слова) постановки задачи до конкретной алгоритмической, техни¬ ческой, организационной, аппаратно¬ программной реализации, позволяю¬ щий получить информационный про¬ дукт, достаточный для организации и осуществления избирательного пора¬ жения заданных целей. Координатные характеристики целей есть обязательный атрибут фо¬ ноцелевого обеспечения (онтологии), а потому они фактически застандар- тизированы [222, 893], номенклатура некоординатных характеристик го¬ раздо менее жесткая и чаще всего пополняется по данным из несколь¬ ких источников, включая разведку. Наиболее простой некоординатной характеристикой является указание на то, что некоторый объект фоноце¬ левой обстановки назначен быть це¬ лью для осуществления избиратель¬ ного поражения (как правило, еще с указанием - надводная, наземная или воздушная). Особое значение в рамках ико¬ ники фоноцелевого информационного обеспечения для комплексов ВТО уделяется выявлению навигационных ограничений, куда кроме объектов (чаще всего, природных) на земной поверхности, влияющих на выбор траектории полета ракеты к цели или ракетоносца, стали относить и зоны действия средств огневого и радио¬ электронного противодействия про¬ тивника, то есть навигационные огра¬ ничения стали техногенными и «отвя¬ занными» от поверхности Земли. Цель вполне может сама по себе вы¬ ступать как опасное навигационное ограничение, особенно если она про¬ являет себя как актор или артефакт. Конечно же, специально выделяют помехи, как некие артефакты, для ко¬ 1 * Ш 215 ЙШРРРЩ
торых средствами иконики также со¬ ставляется карта помех. Картографическая информация РУК и систем самонаведения отличаются друг от друга, поскольку система самонаведе¬ ния обслуживает беспилотный автомат - если уж используются условные знаки, то они должны быть «читаемы» системой самонаведения. Условные знаки, как пра¬ вило, фиксируют некоординатные харак¬ теристики объектов зоны боевых дейст¬ вий. Важнейшей процедурой структу¬ рирования картографической инфор¬ мации является формирование базы цифровой картографической инфор¬ мации. Эта база есть база данных ин¬ формационной платформы комплекса ВТО. Для систем самонаведения ми¬ нимальный объем базы цифровой картографической информации - це¬ ли, ориентиры и опасные навигаци¬ онные ограничения. Одним из источ¬ ников пополнения базы цифровой картографической информации явля¬ ются информационные портреты зо¬ ны наблюдения. Характерная для ин¬ формационных портретов упорядо¬ ченность данных, как правило, «уре¬ зается» до соответствующей порядку наблюдения местности системой са¬ монаведения. В этом случае говорят о формировании матрицы объектового состава местности. Формы перечней объектов и объ¬ ем включаемых в них данных зависят от содержания задач, наличия и объе¬ ма разведывательных данных и по¬ требностей комплекса ВТО. Чаще всего сведения о целях в перечне объ¬ ектов наблюдения организуются в ви¬ де формуляров целей. В информационной платформе комплекса ВТО фоноцелевая обста¬ новка трансформируется в перечень объектов наблюдения, представлен¬ ных своими формализованными фор¬ мулярами, являющимися объектами онтологии комплекса. Цель (объект избирательного поражения) обязана рассматриваться как актор («на вся¬ кий случай»), даже когда она в про¬ цессе избирательного поражения не демонстрирует свою особенную ди¬ намику, в том числе и по состоянию. В качестве акторов выступают также сама система самонаведения вместе с управляемым боеприпасом, РУК и объекты противника, противодейст¬ вующие ходу избирательного пора¬ жения. Геоинформационные системы - это важнейший для комплексов ВТО вид мониторинговых систем, которые обеспечивают сбор, хранение, обра¬ ботку, доступ, отображение и распро¬ странение координатно-привязанных (геопространственных) данных [720, 215, 713, 838, 326, 799]. Онтология процесса самонаведения задает и «свое» задание пространства и време¬ ни. Чаще всего полагают, что множе¬ ство моментов времени Т принимает значения на вещественной оси (вре¬ мени) Л1 ={-оо, с»} (непрерывное время) или из ее подмножества (на¬ пример, из множества натурального ряда N - дискретное время), на кото¬ рых определено отношение порядка и сохранена вся арифметика вещест¬ венных чисел. Любой элемент t е Т называется моментом времени. В
множестве Т выделяется непустое подмножество Т° а Т начальных мо¬ ментов времени t°eT°. Выделение множества 7° начальных моментов времени объясняется тем, что изуче¬ ние систем самонаведения становится более реалистичным, если начальный момент времени процесса самонаве¬ дения считается фиксированным t° или принадлежит некоторому под¬ множеству Т°. Период подготовки ра¬ кеты к пуску тоже, конечно, имеет свое начало, но при его организации и проведении более важен его конец, а точнее - его регламентируемая дли¬ тельность. Пространство и время при нави¬ гационном наведении трансформиру¬ ется и сужается в туннель навигацион¬ ных параметров, а при самонаведении - в аргументы сигнального поля, соот¬ ветствующие длительности времени стрельбы и размерам зоны боевых действий. В последнем случае про¬ странство и время задаются «класси¬ чески» в той или иной системе коор¬ динат. Такой способ задания в цифро¬ вом варианте трансформируется в виде упорядоченного «естественного» на¬ бора пикселов (точек) в пространстве и времени. Получается как бы сеть для всего множества аргументов, о кото¬ рой говорят как о матрице или растре. Таким образом, собственно са¬ монаведение требует растрового или матричного представления данных о траектории и фоноцелевой обстановке (рис. 3.1, на следующем рисунке (рис. 3.2) показано, как эта растровая карта «работает», она совмещена с космо¬ фотоснимком по материалам Google- Мар и осуществлена геопривязка это¬ го снимка к растровой карте). В этом случае говорят о матричной форме представления цифровой картографи¬ ческой информации. Формируется соответствующая информационная единица, фиксирующая характери¬ стики матричной карты и характери¬ стики элементов матричной карты. Структуру пространства и вре¬ мени (например, шаг или дискрет для пространственно-временного растра) задает информационная платформа - все процессы информационного кана¬ ла (в том числе и функционирование объектов противника) рассматривают¬ ся в том пространстве-времени, кото¬ рому следует информационная плат¬ форма. В свою очередь, для системы самонаведения структуру и характери¬ стики пространства-времени задает РУК, даже когда процесс функциони¬ рования системы самонаведения со¬ вершается автономно. Другими слова¬ ми, информационную платформу соз¬ дает и «запускает» РУК. Кроме фоноцелевой обстановки (ее объектов) онтология, конечно, должна содержать сведения о геогра¬ фии зоны боевых действий. Такие сведения выступают как основа лю¬ бой онтологии, фиксирующей в ин¬ формационном пространстве реаль¬ ные условия боевого применения ВТО. Военные в этом случае говорят о необходимости учета географиче¬ ского фактора. Его элементы: гео¬ графическое положение; рельеф; гид¬ рография; почво-грунты; климат и др. Перечень принимаемых во внимание комплексом ВТО географических факторов - есть часть онтологии из¬ бирательного поражения. Важнейшими 217 I
Рисунок 3.1 Пример растровой карты Рисунок 3.2 Обзорный космофотоснимок района работ, привязанный к карте
для ВТО географическими факторами являются «привязанные» к земной по¬ верхности «природные» или «естест¬ венные» навигационные ограничения. По понятным причинам, при анализе географического фактора для осуществления избирательного пора¬ жения заданных целей особое внима¬ ние уделяется защитным свойствам местности. Защитные свойства мест¬ ности по существу есть «географиче¬ ские» навигационные ограничения. Выявление географического фактора и за¬ щитных свойств местности свойственно этапу подготовки стрельбы ВТО, совер¬ шаемого РУК в рамках организации огне¬ вого поражения противника. Объем и со¬ держание подготовки стрельбы зависят от особенностей стрельбы каждого вида ору¬ жия, а также от наличия ресурса времени. Общие мероприятия подготовки стрельбы ВТО ■ Разведка и определение коорди¬ натных и некоординатных харак¬ теристик целей. ■ Определение координат места расположения огневых средств (огневой позиции). ■ Оценка метеорологической об¬ становки, учитывающая метео¬ рологические условия, влияющие на точность стрельбы. ■ Баллистическая подготовка. ■ Выбор точки прицеливания, при¬ ведение в боевую готовность. ■ Подготовка данных боевого применения ВТО (с учетом мо¬ бильности комплекса и зоны для маневра ракетоносцев и средств обеспечения стрельб). ■ Подготовка носителей данных боевого применения ВТО. ■ Техническая подготовка, обеспе¬ чивающая надежность действия оружия и боеприпасов. ■ Разработка полетных заданий, а также определение установок прицельных приспособлений для стрельбы по данной цели. Подготовка данных боевого применения использует только узако¬ ненные онтологией комплекса ВТО данные, в результате чего эти данные могут накапливаться и концентриро¬ ваться. Казалось бы, в качестве онтологии для географической обстановки следует ис¬ пользовать непосредственно географиче¬ ские карты, а также аэрофотоснимки (космоснимки), конечно же, в восприни¬ маемом компьютерами цифровом форма¬ те. Но нужно обязательно еще считаться с основным требованием к онтологиям, чтобы такая онтология включала о зоне боевых действий все, что нужно для орга¬ низации и осуществления избирательного поражения целей. Другими словами, тре¬ буется выделить цели, ориентиры, навига¬ ционные ограничения, оснастить такую карту еще и семантической и прагматиче¬ ской информацией, необходимой при осуществлении избирательного поражения целей, и обеспечить трансформацию такой карты к виду, соответствующему опреде¬ ленному текущему этапу (стадии) высоко¬ точного наведения. Применительно к системам са¬ монаведения и РУК онтология гео¬ графической обстановки дополняется зонами, где такие системы способны
действовать в соответствии с задан¬ ными тактико-техническими характе¬ ристиками. Здесь в данном контексте обычно говорят о получении и использовании геопространственной информации. Структура и формат представления геопространственной информации оп¬ ределяются соответствующими про¬ токолами информационного взаимо¬ действия (обмена) между средствами автоматизации (автоматизированны¬ ми комплексами) поставщиков и по¬ требителей информации. Визуализа¬ ция геопространственной информа¬ ции, отображаемой в виде гра¬ фических слоев электронных карт, должна обеспечиваться применением средств геоинформационной системы военного назначения. Геокодирование - цифровое представление онтологии комплекса ВТО для района боевых действий и обеспечивает на информационном но¬ сителе фиксацию координатных, прежде всего, рельефа местности, и некоординатных характеристик объ¬ ектов. Онтологический подход при создании и эксплуатации РУК и сис¬ тем самонаведения заключается в том, что предметная область, вклю¬ чающая как сам комплекс ВТО, так фоноцелевую обстановку и условия функционирования, представляется в виде организованной совокупности понятий, их свойств, связей между ними (особенно таксономического характера) и продукционных правил логического вывода (по типу модели (1.3)), которые представляют собой логические структуры (модели), свя¬ зывающие условие со следствием, выступающие как сигнатуры и скрипты соответствующих моделей и миссий. Организация и осуществление избиратель¬ ного поражения цели, как основной миссии комплекса ВТО, требует привлечения не¬ обходимой совокупности координатных и некоординатных характеристик целей, при этом координатные характеристики высту¬ пают в качестве базового множества для моделей типа {цель или объект поражения}, {объект зоны боевых действий}. На соответствующем множестве координатных характеристик форми¬ руется сигнатура с отношениями для некоординатных характеристик. Эта сигнатура доводится до соответст¬ вующих формализованных формуля¬ ров объектов наблюдения, а значит, и целей. В свою очередь, координатные и некоординатные характеристики позволяют сформировать требуемую при организации самонаведения фор¬ мальную теорию для описания дейст¬ вий (скрипта) комплекса ВТО с по¬ следующей трансляцией ее к виду, необходимому для выработки команд управления полетом ракеты и осуще¬ ствления избирательного поражения. Моделью ракеты является ее траек¬ тория, положение на траектории и оценки текущих координат ракеты на этой траектории, а также динамика изменения ее состояния. Другими словами, процедуры, задаваемые миссией комплекса ВТО и структурно организованные в соот¬ ветствующий скрипт, должны быть
доведены до соответствующих ко¬ манд, обеспечивающих практиче¬ скую реализацию технологии само¬ наведения и избирательного пораже¬ ния цели. Это все осуществляется в рамках надежного (в смысле, пари¬ рующего действия противника) ин¬ формационного канала, где гарантом надежности выступает информаци¬ онная платформа РУК и/или системы самонаведения. Миссия комплекса ВТО для этого инфор¬ мационного канала транслируется в стрем¬ ление добиться информационного превос¬ ходства, чтобы потом в соответствующей онтологии информационно и процедурно обеспечивать функционирование комплек¬ сов ВТО и другой военной техники и воо¬ ружения в реальных условиях огневого и радиоэлектронного противодействия. Эти условия также описываются некоей специ¬ ально формируемой онтологией. Характеристика систем координат ДЛЯ РАСТРОВОГО (МАТРИЧНОГО) ЗАДАНИЯ ОНТОЛОГИИ САМОНАВЕДЕНИЯ Формирование базового множе¬ ства координатных характеристик ра¬ кеты и объектов зоны боевых дейст¬ вий при «классическом» (растровом или матричном) картографическом представлении невозможно без зада¬ ния соответствующей системы коор¬ динат, выбор которой непосредствен¬ но сказывается на формулярах объек¬ тов наблюдения и целей, а значит и на принимаемой онтологии самонаведе¬ ния [408], тем более, что система ко¬ ординат сама есть элемент онтологии. Выбранная система координат ис¬ пользуется для описания движения ракеты после ее пуска и систему ко¬ ординат применяют как в РУК, так и в системе самонаведения, причем эти системы координат могут быть раз¬ ными. При анализе РУК и/или систем самонаведения, точнее, при формиро¬ вании соответствующей онтологии для представления самонаведения, применяются геоцентрические, зем¬ ные и подвижные (связанные, относи¬ тельные, сопровождающие) системы координат [791]. Последние связаны с ракетой или с мобильным РУК (раке¬ тоносцем) и даже с их отдельными устройствами (например, антеннами). Так, при самонаведении угловые ко¬ ординаты цели определяются в сис¬ теме координат, связанной с ракетой, вследствие чего точность наведения повышается по мере сближения раке¬ ты с целью. Определять местополо¬ жение и параметры движения ракеты и ракетоносца в пространстве, а также местоположение цели, можно в раз¬ личных системах координат (отсчета). При рассмотрении процедур самона¬ ведения ракет, запускаемых на боль¬ шое расстояние (стратегические и оперативно-стратегические), исполь¬ зуются геоцентрические системы ко¬
ординат, позволяющие оцифровать любую точку на поверхности Земли и над нею: геоцентрическая инерциаль- ная, геоцентрическая декартовая и эл¬ липсоидальная системы координат. Система координат, жестко связанная с ра¬ кетой (связанная), становится для ракеты как бы минимальной онтологией с точки зрения формирования и анализа кинемати¬ ки ее движения (т.е. координатных харак¬ теристик) в процессе осуществления наве¬ дения и избирательного поражения. В этой системе координат опре¬ деляется угловая скорость вращения ракеты, измеряемая соответствую¬ щими датчиками, и вычисляется ли¬ нейная скорость движения. Процесс наведения ВТО сегодня рассматрива¬ ется чаще всего непосредственно как задача перемещения некой системы координат, жестко связанной с раке¬ той, в другой базовой системе коор¬ динат с соответствующими ей сопут¬ ствующими преобразованиями, то есть такой процесс рассматривается как сугубо геометрическая задача. В такой геометрической постановке формируется и скрипт системы са¬ монаведения, как «координатное» воплощение миссии избирательного поражения. В этом контексте гово¬ рят, что система координат физиче¬ ски реализуется за счет комплекса используемых навигационных датчи¬ ков. Даже когда применение ВТО (например, для тактического или опе- ративно-тактического) не требует привлечения глобальных (геоцентри¬ ческих) систем координат, а доста¬ точно использовать локальные {зем¬ ные), где пренебрегают кривизной и вращением Земли, то технологии спутниковой навигации и привлече¬ ние электронно-картографического обеспечения все равно базируются на использовании именно геоцентриче¬ ских систем координат. Глобальные системы координат наиболее рельефно проявляют себя при формировании картографическо¬ го обеспечения, необходимого при организации и осуществлении ракет¬ ного удара с помощью комплекса ВТО большой дальности по целям, назначенным для гарантированного избирательного поражения. Локальные системы связаны как с целью, так с самонаводящейся раке¬ той, так и с пусковыми модулями. Пересчет из одной системы ко¬ ординат в другую уже давно освоен и сегодня осуществляется без особого труда. Но в отличие от уже рассмот¬ ренных систем координат, которые сами по себе являются объектами он¬ тологии, в этом случае онтология сво¬ дится к правилу (процедуре) для те¬ кущего выбора системы координат (а системы координат - те, что получа¬ ются в результате выбора), поскольку такой выбор должен быть жестко за¬ дан, тем более, как уже отмечалось, сама «ракетная» система координат может выступать полноправным заме¬ нителем ракеты в процессе ее наведе¬ ния на цель. Возможность пересчета из одной выбранной системы координат в дру¬ гую как раз и говорит о «процедур¬ ной» жесткости правила выбора сис¬ тем координат.
Рисунок 3.3 Земная система координат Для тактических и оперативно-тактических ракет ВТО дальности пусков и скорости ракет (ракетные координатные характери¬ стики) позволяют пренебречь вращением и кривизной Земли. В этом случае говорят, что используется земная система коорди¬ нат (рис. 3.3), в которой задаются началь¬ ные (на момент пуска) координаты ракеты и координаты точки прицеливания цели и в процессе движения (наведения или самона¬ ведения) ракеты определяется траектория ее полета. Для определения угловой ориен¬ тации летящей ракеты по отношению к земной системе координат и к век¬ тору ее воздушной скорости, а также для определения ориентации блоков и различных частей бортовой аппарату¬ ры (прежде всего антенны) относи¬ тельно корпуса ракеты используются подвижные (связанные) системы ко¬ ординат и соответствующие коор¬ динатные трехгранники. Часто при формировании законов наведения и описания систем самона¬ ведения используется связанная сис¬ тема координат, но повернутая вокруг продольной оси на угол 45° (рис. 3.4). Это связано с тем, что ракеты могут подвешиваться под носители в X- образном положении аэродинамиче¬ ских поверхностей. Рисунок 3.4 Повернутая связанная система координат
Также в качестве еще одной связанной системы координат ис¬ пользуют нормальную систему ко¬ ординат, которая представляет зем¬ ную (горизонтальную) систему, но у которой вершина координатного трехгранника расположена в центре масс ракеты. Электронно-картографическое обеспечение комплекса ВТО Итак, организация боевого применения ВТО, как правило, не обходится без применения карт ок¬ ружающей местности, над которой будет происходить полет ракеты с системой самонаведения. С этих карт формируется, как правило, он¬ тология для осуществления избира¬ тельного поражения. В этом контек¬ сте заявляют об информационной поддержке ВТО. Обращаем внима¬ ние, что топогеодезическое обеспе¬ чение может рассматриваться как исходный материал при формирова¬ нии онтологии для РУК и систем самонаведения, а может выступать непосредственно как сама онтоло¬ гия. Все зависит от решаемых задач (реализуемых функций), для кото¬ рых соответствующая информация привлекается. Принятие решений по нанесению ракетно¬ го удара непосредственно увязывается с планированием ракетных ударов. Результа¬ ты планирования ракетных ударов отобра¬ жаются в соответствующих планах и гра¬ фиках с применением соответствующих карт. Эти планы и графики на картах и есть необходимая для осуществления избира¬ тельного поражения онтология системы самонаведения или РУК. Важнейшей составляющей плани¬ рования ракетных ударов является рас¬ пределение средств ВТО по задачам, выступающее как элемент миссии ВТО. При этом важно учитывать: ■ важность каждой из них; ■ достаточность выделяемого ко¬ личества средств поражения для достижения заданного ущерба противнику (результата); ■ электромагнитную совмести¬ мость комплексов ВТО, решаю¬ щих огневую задачу совместно; ■ досягаемость комплексов ВТО; ■ возможности по управлению це- лераспределением ВТО и про¬ странственно-временной струк¬ турой залпов; ■ мореходные (летные) и манев¬ ренные качества носителей; ■ обеспечение боевой устойчиво¬ сти ударных и обеспечивающих сил; ■ организацию связи и управления, обмен информацией и т.д. Сегодня электронно-картогра¬ фическое обеспечение боевого приме¬ нения ВТО рассматривается как один из основных компонентов организа¬ ции, планирования и проведения бое¬ вых операций с участием ВТО. В ча¬ стности, цифровая картография обес¬
печивает, в том числе, и оперативное отображение (визуализацию) процес¬ са перемещения единиц ВТО в районе боевых действий, а также автомати¬ ческое проведение различных карто¬ графических построений и геометри¬ ческих измерений при электронном отображении территории. Электронная картография осуществляет информационное обеспечение боевых стрельб ВТО организацией соответствую¬ щего человеко-машинного интерфейса. Это позволяет замкнуть информационные сред¬ ства ВТО через командное звено в единый информационно-управляющий контур и автоматизировать основные операции по планированию боевых действий с участием ВТО и по управлению ходом боя. Основные функции (скрипты, сервисы) электронно-картографического обеспечения ВТО ■ Адресная привязка (переход от геодезических координат к адре¬ су объекта ВТО и обратно) по¬ средством геодезического коди¬ рования. ■ Прокладка оптимального мар¬ шрута для средства ВТО. ■ Припассовка (подгонка) к карте (переход от геодезических коор¬ динат ракетного средства пора¬ жения и/или сенсоров счисления траектории полета к его точному месту). ■ Проводка по маршруту. Технология цифровых карт по¬ зволяет процессорным модулям, вхо¬ дящим в структуру РУК, читать и анализировать карту автоматически, причем как в режимах off-line (забла¬ говременно), так и on-line (в текущем времени). Эта задача особенно акту¬ альна при управлении средствами ра¬ кетного поражения и другими видами ВТО [175]. Применение цифровых карт требует автоматизации решения сложных вычислительных задач, свя¬ занных с представлением исходной информации в цифровом виде и ее «адаптацией» под решаемые задачи. Кроме того, внедрение цифровых карт непосредственно базируется на оперативном отображении обстанов¬ ки, особенно когда оперативная ин¬ формация поступает извне от автома¬ тизированных систем, то есть уже в цифровой форме. На экране дисплея РУК в рамках технологии цифровых карт можно удобно и быстро нано¬ сить новые и удалять старые объекты фоноцелевой обстановки, а если ин¬ формация поступает уже закодиро¬ ванной, то на фоне карты будут появ¬ ляться и передвигаться различные це¬ ли в интересующем регионе. Увидеть на экране дисплея РУК цифровые карты можно лишь с по¬ мощью специальных программ, реа¬ лизующих соответствующий скрипт (сервис) по обеспечению визуализа¬ ции. У применяемых сегодня техно¬ логий цифровых карт имеется воз¬ можность объединять и синтезиро¬ вать самую разнообразную информа¬ цию о фоноцелевой обстановке на единой пространственной основе. Это необходимая часть миссии избира¬ тельного наведения, и соответствую¬ щие процедуры фактически застан- дартизированы в виде реализуемых скриптов.
Гарантии технологии (скрипты) цифровых карт ■ Точная привязка, систематиза¬ ция, отбор и интеграция всей по¬ ступающей и хранимой инфор¬ мации (единое адресное про¬ странство) о местности и фоно¬ целевой обстановке. ■ Комплексность и наглядность информации для принятия реше¬ ний при применении ВТО. ■ Возможность эффективного представления информации о ко¬ ординатных и некоординатных характеристиках объектов фоно¬ целевой обстановки. ■ Возможность ситуационного мо¬ делирования тактической обста¬ новки в районах расположения РУК, полета ракеты и фоноцеле¬ вой обстановки. ■ Возможность автоматизирован¬ ного решения задач, связанных с анализом особенностей фоноце¬ левой обстановки. ■ Наращивание информационных возможностей комплексов ВТО, в том числе за счет совершенст¬ вования самой технологии рабо¬ ты с цифровыми картами, ■ Возможность оперативного ана¬ лиза ситуации в экстренных слу¬ чаях, возникающих, например, в ходе групповых действий и при ошибках в оценках оперативной обстановки и военной силы про¬ тивника. С помощью карт топогеодезиче- ского обеспечения фиксируется онто¬ логия (формируется оригинал для сигнатуры модели) фоноцелевой об¬ становки, когда координатные пара¬ метры объектов этой обстановки за¬ даются самой картографической тех¬ нологией, а некоординатные - соот¬ ветствующими знаками, сигнатурами и описаниями. Сегодня такие карты, будучи частью информационного, точнее, электронно-картографиче- ского обеспечения РУК, систем наве¬ дения и самонаведения, выступают в форме цифровых карт. Промежуточ¬ ным звеном перехода к цифровым картам выступает процедура получе¬ ния цифрового изображения. Такое изображение может храниться на магнитном носителе, выводиться на экран или распечатываться на бумагу. Затем цифровое изображение транс¬ формируется в цифровую картогра¬ фическую информацию. Соответственно, цифровая (элек¬ тронная) карта является цифровой картографической моделью части земной поверхности, сформированной с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе коор¬ динат и высот в специальной системе условных знаков с использованием программных и технических средств, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба, предназначенная для отображения, анализа и модели¬ рования, а также решения информа¬ ционных и расчетных задач по дан¬ ным о местности и обстановке. Важно отметить, что для комплекса ВТО цифровые карты выступают как знания о местности, а технологии манипулирования этими картами полностью соответствуют технологиям управления базами знаний.
При обработке картографической инфор¬ мации часто достаточно бывает ограни¬ читься информацией в форме данных. В литературе по информационному обеспечению ВТО, отталкиваясь от родо¬ вого понятия «модель местности», сфор¬ мирован ряд видовых понятий: цифровые векторные и матричные модели рельефа, пространственная модель местности, трех¬ мерная электронная модель местности, цифровая модель рельефа, растровая мо¬ дель (растр). Формирование цифровых карт и манипулирование ими осуществля¬ ется автоматизированной системой обес¬ печения цифровой картографической про¬ дукцией [224]. Полагается, что цифровая карта состоит из своих объектов. Подпись является объектом цифровой или элек¬ тронной карты. Для цифровой карты устанавливает¬ ся, как правило, своя специфическая онто¬ логия для объектов. Так специально выде¬ ляют следующие виды объектов: точечный объект, линейный объект, комплексный объект, площадной объект, условно¬ линейный объект. Обычно цифровые карты получаются из ортофотопланов, представляющих фото¬ графический план местности на точной гео¬ дезической опоре, полученный путем кос¬ мической или аэрофотосъемки с последую¬ щим преобразованием фотоснимков (из центральной проекции в ортогональную) на основе их дифференциального ортофо¬ тотрансформирования. Другими словами, ортофотоплан это снимок местности, где устранены все его особенности, проистекающие от условий его получения (съемки). Итак, цифровой фотоплан (ортофотоплан) есть растровое изображение местности в ортогональной проекции, заданной системе координат и высот, предназначенное для ориентирова¬ ния на местности, изучения характера оперативного и инженерного оборудова¬ ния в полосе обороны (наступления), изу¬ чения планов населенных пунктов с целью ориентирования в них и планирования спецопераций, определения координат объектов. Отличие цифровой карты от цифровой модели местности состоит в том, что первая моделирует местность специфическими средствами картографии, а цифровая мо¬ дель - специфическими средствами вычис¬ лительной техники, увязываемыми с мисси¬ ей комплекса ВТО. Например, участок до¬ роги в цифровой карте воспроизводится двумя параллельными линиями либо в ана¬ литической, либо в дискретной форме, а цифровая модель - дискретной моделью опорных точек осевой линии дороги с ука¬ занием ширины проезжей части. Цифровая карта имеет единственное назначение: пре¬ доставлять пользователю цифровой эквива¬ лент бумажной топографической карты, Цифровая модель местности может иметь самые различные применения, обусловлен¬ ные технологией их использования при ре¬ шении тех или иных задач. Реализуемые функции миссии комплекса ВТО через требуемую цифровую модель местности задают требуемую онтологию. Миссия самонаведения формулируется, как правило, с помощью цифровой модели, тем более, что такие информационные объекты выступают элементами соответствующих компьютерных технологий (скриптов). Потребовалась разработка специаль¬ ных технологий (скриптов, сервисов) пре¬ образования карт так, чтобы обеспечить их читаемость компьютерами. Всю информа¬ цию о фоноцелевой обстановке, как прави¬ ло, переводят из графической формы в циф¬ ровую, то есть вместо изображения карты вводят в процессор список всех изображен¬ ных на ней объектов, причем каждый из них обозначается кодом, характеризующим тип объекта (например, река, лес, дом, дорога, самолет, танк, корабль), и числами, опреде¬ ляющими его координаты. Такой перевод информации вплотную подводит информа¬ ционные технологии к программируемым
технологиям [729, 12, 527, 11, 528], которые специально предложены к манипулирова¬ нию семантической и прагматической ин¬ формацией, т.е. в контексте данной книги эти технологии призваны способствовать использованию при организации и осущест¬ влении избирательного поражения некоор¬ динатных характеристик объектов фоноце¬ левой обстановки, с чем справедливо свя¬ зывается сегодня осуществление качествен¬ ного скачка в развитии комплексов ВТО. Исходными материалами для элек¬ тронно-картографического обеспечения яв¬ ляются топографические цифровые модели местности, точнее, участков земной поверх¬ ности. Топографические цифровые модели формируются на основе топографических карт - основных средств топогеодезической информации. В ВС РФ они служат одним из основных информационных средств, привле¬ каемых для управления войсками и оружием. Используя терминологию бурно раз¬ виваемого сегодня направления в иконике по представлению пространственных дан¬ ных, можно утверждать, что цифровое кар¬ тографирование выступает как одна из тех¬ нологий ЗБ-сканирования (трехмерного сканирования). В настоящее время известно множество методов представления трех¬ мерных объектов и связанных с ними мето¬ дов визуализации, в том числе и многомас¬ штабных. Поверхностные модели описывают только поверхность объекта в трехмерном пространстве. В противоположность им, объемные (воксельные) структуры позво¬ ляют задавать модели как часть трехмерно¬ го пространства, разбитого некоторым об¬ разом на ячейки, которые считаются запол¬ ненными, если они содержат часть объекта, и пустыми - в противном случае. Связанные модели явно или неявно содер¬ жат информацию о непрерывных участках поверхностей моделей, тогда как дискрет¬ ные представления описывают только со¬ ответствующее приближение поверхности объекта. Явное задание моделей предполагает, что описание модели объекта в данном представлении доступно в явной форме, а для параметрического описания необходи¬ мо дополнительно вычислять некоторую функцию, зависящую от параметра. В зави¬ симости от способа получения ЗБ-данных, занимаемый ими объем битового представ¬ ления будет различным. Можно без особого преувеличения ут¬ верждать, что сегодня одними из основных потребителей и пользователей цифровых карт являются РУК ВТО, где эти карты вы¬ ступают в качестве информационного обес¬ печения функционирующей информацион¬ ной платформы. РУК имеет дело со специ¬ ально препарированными цифровыми кар¬ тами (аналогами цифровых моделей) под возможные трассы полета ракеты и функ¬ цию нанесения ею высокоточного удара. Онтологический статус используемых в комплексах ВТО изображений фоноцеле¬ вой обстановки (района боевых действий) сводится к формированию ответа на про¬ стой вопрос: «Что находится на изображении зем¬ ной поверхности?», который можно пере¬ фразировать в «Что является онтологическим стату¬ сом информационного содержания изобра¬ жений, полученных в результате монито¬ ринга или фотосъемки поверхности Зем¬ ли?» Для ответа на этот вопрос необходимо решить две проблемы. Проблема 1. Разработать концепту¬ альное основание (онтологию) для всех ти¬ пов информационных представлений гео¬ графического пространства, включая изо¬ бражения, векторные данные, информацию о расположении и цифровые модели ланд¬ шафта. Проблема 2. Разработать технологию топогеодезического обеспечения (скрипт или сервис), которая могла бы объединить изображения без разрывов и пространст¬ венную базу данных на основе понимания онтологического статуса изображений, по¬ лученных в результате мониторинга.
Такая интеграция особенно актуальна при создании информационных систем в структуре РУК, обеспечивающих представ¬ ление и использование онтологий высоко¬ точного избирательного наведения и пора¬ жения. Понятно, что основной процедурой работы с изображениями является объеди¬ нение их в более крупные образования. Простейшей процедурой получения комби¬ нированного изображения является форми¬ рование фотосхем-изображений, получен¬ ных путем монтажа частей двух и более снимков. С помощью цифровых карт формируется для информационной платформы системы самонаведения онтология той зоны боевых действий, в которой комплексу ВТО пред¬ стоит действовать. По этой причине, карта этой зоны, а точнее, грядущей трассы поле¬ та ракеты к цели должна формироваться на языке этой информационной платформы. Считается, что создание топогеодези- ческого обеспечения возлагается на геогра¬ фические информационные системы. Ком¬ плексы ВТО для своего функционирования потребовали создания своих специфических геоинформационных систем. Геоинформа- ционная система чаще всего формируется в виде программного продукта, как соответ¬ ствующее приложение информационной платформы. Она имеет дело с геопростран- ственной информацией, которая включает разведывательную, топогеодезическую, гидрометеорологическую, навигационно¬ временную и другую информацию (дан¬ ные), необходимые для планирования и применения сил и средств ВТО. Может за¬ даваться в явном виде (математические зна¬ чения координат или графическое пред¬ ставление) и/или косвенном виде (задание отношений к другим объектам) и содер¬ жаться в описаниях, картах, графических схемах, фотоизображениях. Г еоинформационные системы при¬ надлежат к классу информационных систем преимущественно ресурсного направления. Обязательные признаки информационных систем ■ Г еографическая (пространственная) привязка данных. ■ Генерирование новой информации на основе синтеза имеющихся данных. ■ Автоматическое обновление баз данных на основе поступающей информации. ■ Обеспечение принятия управленче¬ ских решений. Здесь сквозной задачей является пре¬ образование неявных знаний в явные (вос¬ требованные комплексом ВТО), поскольку требуется извлечь из отдельно взятых, не находящихся в каком-либо смысловом кон¬ тексте (неявных) данных полезную для осуществления избирательного поражения информацию. Приходится привлекать до¬ полнительные сведения особого структур¬ ного плана, например, некоординатные ха¬ рактеристики, помогающие проинтерпрети¬ ровать новые данные о фоноцелевой обста¬ новке и ввести их в общую систему знаний РУК и системы самонаведения о районе или театре военных действий. В рамках цифровой карты объекты объ¬ единены в классы (слои), с каждым из кото¬ рых связываются определенные (одинаковые для всех объектов класса) атрибуты (описа¬ ние структуры семантической информации). С каждым экземпляром объекта некоторого класса на цифровой карте связана запись в семантической таблице, в которой записаны значения атрибутов данного объекта, под ко¬ торыми понимается семантическое свойство объекта, определенное в некоторой среде (в определенном видении субъекта), записанное с помощью некоторого языка. Послойный принцип (рис. 3.5) являет¬ ся одним из общепринятых принципов ор¬ ганизации пространственной информации. Суть такой формализации заключается в том, что многообразная информация о ка¬ кой-то территории организуется в виде се¬ рии тематических слоев, отвечающих кон¬ кретным потребностям (поддержке тех или иных функций). При обслуживании ком¬ плексов ВТО выделяют специально темати¬ ческие слои, обеспечивающие дешифриро-
Рельеф Рисунок 3.5 Послойный принцип организации информации вание ортотрансформированных аэрокос¬ мических изображений, учет и отображение специфичных свойств местности (геологи¬ ческие грунты, проходимость, болота, тро¬ пы, пещеры и т.п.) для решения специаль¬ ных задач. Применительно к комплексам ВТО слои могут соответствовать непосред¬ ственно некоординатным характеристикам объектов наблюдения. Каждый слой может содержать ин¬ формацию, относящуюся только к одной или нескольким темам (обеспечиваемым функциям комплекса ВТО). Послойная ор¬ ганизация данных предполагает, что слои в пространстве неразрывны, и что везде име¬ ется какая-то информация. Представленные отдельными слоями данные могут отно¬ ситься к разным точкам или разным перио¬ дам на временной шкале. Среди компью¬ терных пространственных информацион¬ ных систем послойное представление явля¬ ется сегодня доминирующим. Другой способ организации простран¬ ственной информации называется бесслое- вым или объектно-ориентированным подхо¬ дом, где отсутствует группировка объектов в тематические слои, с которыми можно мани¬ пулировать как с тематическими картами. Группировка объектов происходит более сложным образом, в соответствии с логиче¬ скими взаимосвязями между ними, с по¬ строением иерархий, отвечающих их более общим и более частным свойствам (рис. 3.6, где, как и на рис. 3.5, чтобы избежать об¬ ширных комментариев для указанной тех¬ нологии представления картографических данных, приведен пример из обыденной практики). В качестве структурных единиц цифровой карты, объединяющих ее объек¬ ты по определенным группам выступают элементы содержания цифровой карты. Растительность Гидрография
Для всех этих общих концепций орга¬ низации пространственной информации су¬ ществует и более детальный уровень пред¬ ставления, именуемый физическим уровнем представления. Например, если в качестве объекта поражения выбрана транспортная сеть, то она задается в виде таблиц с номера¬ ми терминалов и дорог по какому-то класси¬ фикатору и массой численных характери¬ стик. Или можно представить эту же инфор¬ мацию в виде карты, где дороги отображены в виде линий, а те же связанные с ними чи¬ словые характеристики (ширина, число по¬ лос движения, тип покрытия) выражены в виде условных знаков (тип линии, цвет, тол¬ щина). Такой способ представления инфор¬ мации больше всего подходит при обеспече¬ нии систем самонаведения - автоматам, опе¬ рирующим в «цифровом пространстве». Системы самонаведения используют цифро¬ вые изображения с двумя видами координат. Файловые координаты отражают ко¬ ординаты пикселя в изображении (файле данных). Файловые координаты для пиксе¬ ля, соответствующего верхнему левому уг¬ лу изображения, всегда начинается с 0, 0. Картографические координаты отражают положение пикселя на карте и задаются гео¬ графическими координатами в соответст¬ вующей картографической системе. Существует два основных типа пред¬ ставления данных в цифровых картах: рас¬ тровые и векторные. Растровые (матрич¬ ные) данные соответствуют организации пикселов цифровой карты в сетку (столб- цы+строки) и возникают при получении изо¬ бражений районов интереса фотографиче¬ ским, оптикоэлектронным или радиолокаци¬ онным способом и, наконец, из ортофото¬ планов - при соответствующем цифровом представлении с помощью набора пикселов. Итак, растровая форма представления - способ представления цифровой картогра¬ фической информации в виде матрицы, эле¬ ментами которой являются коды цветов кар¬ тографического изображения. Растровое представление есть непрерывная совокуп¬ ность (матрицы) прямоугольных ячеек - пикселов с присвоенными им значениями оптических параметров, атрибутивных (се¬ мантических) или числовых характеристик непрерывно распределенных данных. Область изучения Выбранная область Содержание Владения Адрес Гектары Код налогообложения Частная собственность Дома Водные объекты Улицы Ж/дороги Земельные участки ] Общест¬ венные (парки Транспорт Рисунок 3.6 Иерархии изображений цифровой карты
Векторные данные представляют собой наборы, основанные на элементарных точках, положения которых известны и привязаны к карте местности. При векторизации геокоди- рованного изображения векторное и растро¬ вое представление объекта (участка) местно¬ сти имеют одну и ту же координатную систе¬ му, а точность векторного представления, со¬ ответствующего ему растра, зависит от точно¬ сти, возможностей используемого для векторизации программного обеспечения и навыков оператора-дешифровщика. По срав¬ нению с представлением растровых данных векторная графика значительно экономичнее, поэтому обычные карты создаются компью¬ тером в векторной форме. Растровый слой может быть легко преобразован в векторный для использова¬ ния в качестве дополнительного слоя в век¬ торной базе данных. На рис. 3.7-3.9 показаны векторные карты, где воспроизведены рельеф местно¬ сти, гидрография, подстилающие поверхно¬ сти, дорожная сеть и прочие картографиче¬ ские объекты. Здесь векторизованы 2170 объектов. Пример геокодированных изображе¬ ний в привязке к электронной топографиче¬ ской карте приведен на рис. 3.9. Сформированные данные обеспечи¬ вают автоматизированное формирование специализированной цифровой модели рельефа с элементами подстилающих по¬ верхностей и пространственной модели объектового состава объекта наблюдения на основе абрисов (рис. 3.10-3.13). Рисунок 3.7 Нанесение векторных картографических объектов района по данным растровой карты и космофотоснимка
Рисунок 3.8 Векторная карта района, показанного на рис. 3.7 Рисунок 3.9 Пример геокодированных изображений
Рисунок 3.10 Элементы пространственной модели местности района наблюдения Рисунок 3.11 Элементы пространственной модели местности района наблюдения
Рисунок 3.12 Пространственная модель объектового состава объекта наблюдения Рисунок 3.13 Пространственная модель объектового состава объекта наблюдения 235
Такой путь отображения фоноцелевой обстановки привел к появлению цифровых карт в векторной форме, или просто - век¬ торных карт. Это есть построенная по чет¬ ко зафиксированным правилам последова¬ тельность объектов, представленных свои¬ ми кодами и координатами. С помощью цифровых карт формирует¬ ся базовая (опорная) цифровая информация о местности. Она фиксирует цифровую инфор¬ мацию о местности. Наблюдательная функция комплекса ВТО, обеспечивающая данными для совершения избирательного поражения, имеет онтологию, в картографическом виде запечатлевающую модель объектов фоноце¬ левой обстановки. Это картографическое представление модели синтезирует в едином информационном объекте все характеристики объектов наблюдения с соотнесением между собой координатных и некоординатных ха¬ рактеристик для каждой цели. В принципе, картографическое представле¬ ние в виде соответствующей базы данных позволяет восстановить для подготовки и осуществления избирательного поражения все необходимые данные о фоноцелевой обстановке. Это обстоятельство указывает на пригодность двухзвенной (двухшаго¬ вой) миссии информационного обеспече¬ ния избирательного поражения - соответ¬ ствующий оператор преобразования фик¬ сирует картографически текущую опера¬ тивную фоноцелевую обстановку, чтобы по ней с помощью оператора реализации осуществлять процедуру избирательного поражения в реальном пространстве зоны боевых действий. Прагматический аспект онтоло¬ гии, зафиксированной в картографи¬ ческой информации, состоит в при¬ годности этой информации для осу¬ ществления наведения ракеты на за¬ данные цели, а затем и для осуществ¬ ления избирательного поражения. Нужно, следовательно, сформировать миссию использования информации о целях и зоне боевых действий для вы¬ работки скрипта наведения (самона¬ ведения) ракеты на цель. Скрипт на¬ ведения, как вариант более общей за¬ дачи - управления, сводится к изме¬ нению состояния ракеты (системы самонаведения) в требуемом направ¬ лении, поскольку по своей сути со¬ стояние есть полная информация о системе, как об объекте управления. Другими словами, скрипт, по суще¬ ству, есть технология изменения со¬ стояния ракеты в процессе ее наведе¬ ния и самонаведения на цель, бази¬ рующаяся, в том числе, на оценке ха¬ рактеристик фоноцелевой обстановки [751, 430, 700, 363, 300, 301, 302, 818, 486, 703, 340, 338, 365, 769, 10, 274]. Как для целей, для ракеты также можно определить множество ее коор¬ динатных и некоординатных характе¬ ристик, где координатные характери¬ стики не требуют каких-либо серьез¬ ных комментариев, а под некоорди¬ натными характеристиками ракеты понимаются характеристики, оцени¬ вающие функциональные возможности ракеты с точки зрения осуществления избирательного поражения цели. Понятия, принимаемые в зависимости от принятых условий при анализе траекторий ракеты ■ Кинематическая (номинальная) траектория - расчетная линия, по которой движется ракета при идеальном выполнении закона управления (в этом случае ракета 236
рассматривается как материаль¬ ная точка, а его система управле¬ ния идеализируется и считается, что она не имеет инерционности и никаких ошибок). ■ Динамическая траектория - расчетная линия движения раке¬ ты с учетом ее инерционных свойств, а также инерции систе¬ мы управления. ■ Фактическая траектория - ре¬ альная линия движения ракеты, которая получается при учете влияния как инерционных свойств ракеты, так и различного рода случайных возмущений. Если кинематическая (номинальная) траек¬ тория проходит через точки старта ракеты и цели, то она является попадающей. Не слу¬ чайно было подчеркнуто, что попадающая траектория есть кинематическая траек¬ тория. Именно с помощью кинематиче¬ ских траекторий выставляются требования к траектории полета ракеты к цели для вы¬ полнения избирательного поражения. Кроме того, попадающей назы¬ вают любую траекторию, проходя¬ щую через точку старта и цели в за¬ данном диапазоне дальностей. Все эти понятия проистекают от того, что сегодня требуется совер¬ шенствовать и уточнить действующие для систем самонаведения онтологию и миссию, но при этом сохранить структуру взаимосвязи используемых понятий. А зачем нужно сейчас допол¬ нять действующие онтологию и миссию применительно к комплек¬ сам ВТО? 1. Прежняя онтология отражает особенности наведения, а не самона¬ ведения, когда ракета по своей сути должна действовать в дуэльных (кон¬ фликтных) условиях. 2. Эта прежняя онтология была рассчитана на обеспечение попадания ракеты в цель, а не на избирательное поражение. Отсюда кинематическая траектория, как идеал осуществления поражения цели, призвана доставлять ракету в точку, где находится цель, игнорируя, например, ее пространст¬ венную ориентацию, столь необходи¬ мую при обеспечении попадания, на¬ пример, в заданное место цели. 3. При поражении цели прежняя онтология игнорирует некоординат¬ ные характеристики цели, существен¬ но влияющие на осуществление так¬ тики поражения цели. 4. Если считать, что кинематиче¬ ские траектории ракеты подразделя¬ ются на фиксированные и нефиксиро¬ ванные, то прежняя онтология, скорее ориентируется как раз на фиксиро¬ ванные траектории. Фиксированные траектории используются при наведении ракеты на цель с известны¬ ми координатами, неизменными или про¬ гнозируемыми. Такие траектории задаются до пуска ракеты, и управление идет по программе. Самонаведение чаще всего обеспечивает полет по нефиксиро¬ ванным траекториям, когда координа¬ ты цели прогнозируются (да, и из¬ вестны) с высокой степенью неопре¬ деленности. Такая ситуация харак¬ терна, прежде всего для ВТО дальне¬
го действия. Иногда в литературе ис¬ пользуются также понятия опорных и программных траекторий [169, 168]. Опорная траектория - это попадаю¬ щая номинальная траектория с фик¬ сированной дальностью, как правило, используемая при расчете полетного задания. Программная траектория - это специально сформированная тра¬ ектория, определяющая вид програм¬ мы управления, а также константы, характеризующие программы. Создатели и эксплуатанты ВТО стараются иметь дело с опорными траекториями, по¬ скольку задача формирования номиналь¬ ной попадающей траектории может быть сформулирована в терминах теории опти¬ мального управления с точки зрения дос¬ тижения экстремума какого-либо критерия. Такая траектория еще называется опти¬ мальной. 5. Цели все чаще становятся обу¬ словленными, названными здесь ак¬ торами, а такая ситуация приводит к высокой динамичности ситуации в зоне боевых действий, в том числе на качественно ином уровне с изменени¬ ем некоординатных характеристик целей. При применении ВТО следует «на всякий случай» поражаемые цели считать акторами, тем более, что сами корректируемые в ходе боевых дейст¬ вий ошибки в оценке некоординатных характеристик целей приводят для комплекса ВТО к ситуации, что даже в принципе поражаемые цели факти¬ чески ведут себя как акторы. 6. Наведение не обязательно мо¬ жет происходить только по «види¬ мым» целям. Сведения о целях могут доставляться в РУК и систему само¬ наведения из внешних источников, например когда цель не наблюдаема из-за навигационных ограничений, в том числе, быть вне зоны наблюдае¬ мости комплекса ВТО (но быть дос¬ тижимой и находиться в зоне ответст¬ венности). В этом случае постулиро¬ вать в качестве «канонических» тра¬ екторий линию визирования цели со стороны системы самонаведения на¬ вряд ли целесообразно. По крайней мере, на дальних рубежах, линию ви¬ зирования нужно заменять на соот¬ ветствующую ортодромию. Сегодня класс целей и задач ра¬ боты по ним значительно усложнился (цели все чаще выступают как акто¬ ры), траектории полета ракет к ним не обязательно должны быть фиксиро¬ ванными, радиоэлектронное и огневое противодействие стало более изо¬ щренным, все чаще требуется средст¬ вам поражения при самонаведении действовать в группе, да еще и с дру¬ гими системами (например, БЛА), что приводит к необходимости разработки достаточно сложных алгоритмов наве¬ дения, использующих практически все доступные информационные средства и достижения в теории управления подвижными объектами [330]. Итак, специфика ВТО заставляет при осуществлении избирательного поражения цели (а значит, при выборе траектории полета к цели и определе¬ нии режимов функционирования мо¬ дулей ракеты) исходить из того, что тактика и эффективность такого по¬ ражения зависит от координатных и некоординатных характеристик как цели г/,, так и ракеты pt. Предпола¬
гается, что если комплексу ВТО из¬ вестны именно все необходимые ему характеристики цели , то она будет гарантированно избирательно пора¬ жена. Правда, выбор тактики функ¬ ционирования ракеты осуществляется с двух шагов. На первом шаге учиты¬ ваются только координатные характе¬ ристики ракеты р\к^. Такая тактика выступает аналогом кинематической траектории при обеспечении попада¬ ния ракеты в цель (а значит, - попа¬ дающей, фиксированной, оптималь¬ ной, номинальной и т.п.). Эта тактика, соответствующая «канонической» ки¬ нематической траектории, запишется с помощью соответствующего опера¬ тора преобразования: (3.1) где отставлены в сторону нюансы в отметке динамики (например, под¬ черкивание факта, что нынешние от¬ счеты планируемой траектории долж¬ ны зависеть только от предшествую¬ щих отсчетов состояний ракеты и це¬ ли) и сохранена постулируемая зави¬ симость действий комплекса ВТО по избирательному поражению целей от поведения каких-либо иных объектов внешней среды zt. Но комплекс ВТО, как правило, не способен из-за ограниченности своих ресурсов оценить весь требуе¬ мый ему для гарантированного изби¬ рательного поражения спектр коор¬ динатных и некоординатных характе¬ ристик цели, по крайней мере, с необ¬ ходимой точностью, да потом они чаще всего оказываются недоступны¬ ми для непосредственных их измере¬ ний, а потому он довольствуется только им самим оцениваемыми не¬ посредственно характеристиками це¬ ли ift. Эти характеристики - не оценки, а просто суженный спектр требуемых и измеряемых для обеспечения гаран¬ тированного избирательного пораже¬ ния характеристик цели. Кроме того, теперь необходимо учитывать еще и летно-технические характеристики ракеты, которые входят в множество ее некоординатных характеристик. Следовательно, теперь возвращаемся ко всему комплексу характеристик ракеты pt, знание которых вкупе бы с характеристиками цели ц( давало бы полную гарантию избирательного по¬ ражения. В принципе, в отличие от характеристик цели, все требуемые для избирательного поражения харак¬ теристики ракеты могут быть в про¬ цессе полета выявлены ее информа¬ ционной платформой (системой са¬ монаведения). Все только что опреде¬ ленные объекты модели формируют тактику наведения ракеты на цель, выступающую аналогом динамиче¬ ской траектории: где несколько волюнтаристски пола¬ гается, что переход от (3.1) к (3.2) не сказался на выборе состояний для возмущающего действия внешней среды, а для оператора преобразова¬ ния стали использовать обозначения для двухзвенной модели (1.6)—(1.8). Но, все-таки при выборе и осуществлении тактики избирательного поражения ком¬
плекс ВТО пользуется не самими характе¬ ристиками цели и ракеты, а их оценками. Необходимые данные о характеристиках цели и ракеты соответствующим образом подготовлены - проведена обработка всей полученной в ходе наблюдения фоноцеле¬ вой обстановки информации, обеспечено снижение воздействия средств РЭБ, учте¬ ны навигационные ограничения, привле¬ чены внешние источники информации, выполнена оценка некоординатных харак¬ теристик, прежде всего, тех, которые оце¬ ниваются по измеренным координатным, выбрана ракета и тактика ее применения, определено множество учитываемых при выборе траекторий ракеты ее характери¬ стик и т.п. Все это фиксируется в соответст¬ вующем наборе характеристик цели г/, и ракеты pt=pt. Только что за¬ писанное равенство равносильно ут¬ верждению, что все отобранные для осуществления избирательного пора¬ жения характеристики ракеты нахо¬ дятся под полным ее контролем. Осуществление наведения раке¬ ты на цель по этим характеристикам происходит с помощью соответст¬ вующего оператора реализации, яв¬ ляющегося по существу «узаконен¬ ным» оператором преобразования (его оценкой), и этот оператор высту¬ пает аналогом процедуры выбора и использования аналога фактических траекторий, где принимаются во вни¬ мание оценки состояния внешней среды: В свою очередь, аналогом линии визирования при самонаведении, ко¬ гда измерительная система координат трансформируется в ракетную, явля¬ ется траектория полета ракеты, осу¬ ществляемая на основе применения всей требуемой для избирательного поражения совокупности характери¬ стик цели ift. Роль кинематического звена играет процедура выбора того набора характеристик , который вытекает из требований к осуществ¬ лению гарантированного избиратель¬ ного поражения цели. Итак, здесь при выборе основных тактик осуществле¬ ния избирательного поражения цели сохранена, по крайней мере, логика введения онтологий типа кинематиче¬ ских, динамических и фактических траекторий, а также всех сопутст¬ вующих понятий (например - попа¬ дающие, опорные и т.п. траектории). Как видно из проведенных рассужде¬ ний эти онтологии жестко связаны с процедурами миссии избирательного поражения. Теперь при оценке архитектуры миссии наведения ракеты на цель удалось уже для операторов (для формируемых тактик и траекторий) вновь придерживаться логике двух¬ звенной модели (1.6)-(1.8) (то, что га¬ рантированно обеспечивает: избирательное поражение цели => планирование избирательного поражения, исходя из всех имеющих¬ ся ресурсов => фактическое осущест¬ вление поражения). Следует обратить внимание, что приведенные соотношения (3.1)—(3.3) отражают действия по текущему (в
данный момент времени) осуществ¬ лению избирательного поражения. Однако эти соотношения определяют в целом соответствующие траектории полета ракеты к цели и действия сис¬ темы самонаведения на траектории полета для всего времени полета. Во¬ просы сравнения возможных траекто¬ рий полета ракеты и ее действий с точки зрения оценки качества осуще¬ ствления самого (собственно) избира¬ тельного поражения будут рассматри¬ ваться позже. Как видно из сравнения (3.1)—(3.3), соотношения оказались, до некоторой степени, однотипными, и в них явно видна факторизация (разделение) по отбору характеристик цели и ракеты. В этих соотношениях используются триады В последней цепочке первое ра¬ венство равносильно утверждению, что с точки зрения обеспечения изби¬ рательного поражения координатные характеристики ракеты, по которым непосредственно осуществляется из¬ бирательное поражение, фактически играют роль полного набора характе¬ ристик, которых нужно знать при ко¬ ординатном наведении, определяе¬ мым кинематической траекторией. С каждой сопоставляемой парой харак¬ теристик цели и ракеты жестко связа¬ на аналогичная операторная характе¬ ристика тактики наведения ракеты на цель, поэтому «двухзвенно» ранжи¬ руются также соответствующие так¬ тики (операторы). Следовательно, структуру «ка¬ нонической» онтологии, обеспечи¬ вающую только попадание ракеты в цель и зафиксированную в названии соответствующих траекторий наведе¬ ния, удалось распространить на слу¬ чай избирательного поражения цели, когда требуется учитывать более ши¬ рокий спектр характеристик целей и ракеты, в том числе и некоординат¬ ных. Можно было бы сохранить прежние «траекторные» названия для тактик наведения, но, наш взгляд, это приведет к излишней путанице в по¬ нятийном аппарате. Характеристики цели будем называть соответственно полными, фиксируемыми и оценками. Полный набор характеристик цели - множество всех характери¬ стик цели, информация о которых обеспечивает осуществление гаран¬ тированного избирательного пора¬ жения целей. Фиксируемые характеристики целей - характеристики целей, оцени¬ ваемые комплексом ВТО на основе только получаемой им информации. Часть фиксируемых характери¬ стик - трансформированные харак¬ теристики от полного набора. Оцен¬ ки характеристик цели - набор ха¬ рактеристик цели, полученных ком¬ плексом ВТО и задействованных при осуществлении избирательного пора¬ жения цели, на основе использования всего доступного информационного ресурса комплекса. Для характеристик ракеты можно также использовать те же понятия и названия, что и для целей, только следует прокомментировать процеду¬ ру введения в онтологию для ракеты
ее некоординатных характеристик, которые мы до сих пор считали пол¬ ностью известными системе самона¬ ведения (информационной платфор¬ ме), а потому, фактически, неизмен¬ ными. Соотношения (3.1), (3.2) тре¬ буют для своей записи земной систе¬ мы координат (здесь считается задействованной процедура выделе¬ ния кинематического звена) в отличие от (3.3), где закон наведения обычно записывается в ракетной (связанной) координатной системе. При такой за¬ мене систем координат за начало от¬ счета принимается какая-то точка ра¬ кеты (чаще всего, ее центр массы). Но такая же процедура центровки харак¬ теристик относительно ракеты долж¬ на действовать и в отношении ее не¬ координатных характеристик. Имманентно присущие ракете некоординатные характеристики, ти¬ па ее массогабаритных и энергетиче¬ ских, от такой замены не изменятся, а вот те из них, что оценивают ее спо¬ собности избирательно поражать цель, могут существенно измениться, особенно когда цель обусловленная (актор) или в процессе наведения и избирательного поражения уточни¬ лись некоординатные характеристики цели, например, оказалось, что это ложная цель. Речь идет о таких некоординат¬ ных характеристиках ракеты, как {ра¬ кета способна попасть в цель}, {раке¬ та способна избирательно поразить цель}, {боевая часть выбрана соот¬ ветствующей типу цели}, {боезапас ракеты достаточен для избирательно¬ го поражения}, {система самонаведе¬ ния ракеты способна выявить уязви¬ мое место цели}, {система самонаве¬ дения способна организовать эффек¬ тивное радиоэлектронное противо¬ действие}, {ракета способна отсле¬ дить все маневры цели}, {выбранная траектория полета ракеты достижи¬ ма} и т.п. Так, что характеристики цели и ракеты являются, до некоторой степени равноправными с точки зре¬ ния признания за ними динамики и соответствующей неопределенности. Эти же соображения справедливы и для координатных характеристик ра¬ кеты, если тактика наведения ракеты на цель предполагает получение их извне - от внешних источников ин¬ формации. Тактики, проистекающие от ис¬ пользования перечисленных характе¬ ристик цели и ракеты, приводятся ниже и именуются в той же последо¬ вательности, что и характеристики цели и ракеты: гарантированная, ис¬ полнительная и реализуемая. Гаран¬ тированная тактика комплекса ВТО ГД) - тактика осуществления изби¬ рательного поражения целей, исполь¬ зующая полный набор их характери¬ стик. Исполнительная тактика ком¬ плекса ВТО Г/( ) - тактика осуществ¬ ления избирательного поражения на основе фиксируемых характеристик целей. Реализуемая тактика ком¬ плекса ВТО Г/0 - тактика избира¬ тельного поражения целей, базирую¬ щаяся на оценках характеристик це¬ лей и ракеты. Характеристики целей и ракеты отображены на рис. 3.14 в виде диа¬ грамм, где введены еще дополняемые до треугольного вида пути, соответст¬
вующие переходу от «самого полного» к тому «что есть (что доступно для оценивания)». На рис. 3.15 эти диа¬ граммы объединены в единую струк¬ туру с помощью формируемых сово¬ купностями этих характеристик так¬ тик. Вместе с тем, наведение и само¬ наведение ракет на цель определяется, как правило, не столь прямолинейно, как это следует из (3.1)—(3.3), где уже обозначениями подчеркивается, что все входящие в эти соотношения объ¬ екты имеют одинаковую природу. На самом деле, это не так. Соб¬ ственно процесс наведения обычно задается и определяется с помощью понятий и соответствующих им объ¬ ектов, напрямую не оцениваемых системой самонаведения. Чаще всего, процедура наведения описывается на языке векторов, которые должны вы¬ держивать те или иные направления (на цель или в пространстве), включая их динамику, чтобы осуществить из¬ бирательное поражение цели. Рисунок 3.14 Диаграммы наблюдаемых характеристик цели и ракеты Рисунок 3.15 Диаграмма использования информации при наведении ракеты на цель Система же самонаведения поставляет в информационную платформу информацию о характеристиках целей и ракеты, которую эта система способна непосредственно (или косвенно, но с минимальным количеством непосредственных измерений, например, по измерению углов и дальности оценива¬ ется вектор наблюдения цели или ракеты) измерять и оценивать. Итак, закон наведения ракеты на цель должен формулироваться, по крайней мере, на двух «языках» - управление наведением и оценка ха¬ рактеристик цели ракеты. Следовательно, должен быть ор¬ ганизован «перевод» с одного «язы¬ ка» на другой и обратно. Такой пере¬ вод сводится к взаимному пересчету «управляющих» характеристик в «на¬ блюдательные» и обратно. Математи¬ ки в этом случае заявляют о сущест¬ вовании изоморфизма между обсуж¬ даемыми сейчас характеристиками.
Такой изоморфизм гарантирует неособенное (детерминант, правиль¬ нее, матрица Якоби, такого преобра¬ зования должны быть не равны нулю) линейное преобразование. Если в сис¬ теме организована процедура, когда нужные для управления этой систе¬ мой характеристики (и закон управ¬ ления определен «в этих» характери¬ стиках) изоморфно трансформируют¬ ся в другие характеристики, но оце¬ ниваемые непосредственно сенсорами этой системы, то говорят, что в сис¬ теме организован канал наблюдения или осуществляется наблюдение. Обычно считают сигналы сенсоров выходными сигналами системы, тогда наблюдаемость определяют как воз¬ можность оценки состояния системы по ее выходным сигналам. Значит, вполне может оказаться ситуация, когда (3.1) записывается для одних характеристик цели и раке¬ ты, а (3.2) или (3.3) - для других (или для состояния и выходных сигналов). Однако соотношения (3.1)—(3.3) в совокупности с рис. 3.15 отобража¬ ют именно процедуру наведения (со всеми ее разновидностями, см. гл. 2), когда требуется обеспечить избира¬ тельное поражение определенной це¬ ли. В процессе организации и осуще¬ ствления наведения происходит отбор и уточнение принимаемых во внима¬ ние характеристик цели и ракеты. Такое представление не отражает специфику самонаведения, когда по¬ лучается дуэльная обстановка, при которой цель является, например, ак¬ тором, поэтому - непредсказуемой даже при начале процесса осуществ¬ ления наведения ракеты на цель. Кроме того, самонаведение «включа¬ ется» в процесс избирательного по¬ ражения, как правило, на завершаю¬ щей стадии комбинированного наве¬ дения. И здесь вполне может сло¬ житься ситуация, когда ракета выве¬ дена в район цели с ошибками или цель успела серьезно изменить свои координатные и некоординатные ха¬ рактеристики. Тогда система самона¬ ведения вынуждена начинать с поиска цели и выбора той, что должна быть избирательно поражена. Впрочем, та¬ кая процедура всегда подразумевается и из-за того, что система самонаведе¬ ния на завершающей стадии полета должна просто начинать работать по- иному (как правило, переключиться с навигационного наведения в самона¬ ведение), а потому нужно начать са¬ монаведение с ориентирования раке¬ ты в районе цели и оценки фоноцеле¬ вой обстановки. В миссию комплекса ВТО, как правило, за¬ кладываются действия, что если цель в на¬ чале собственно процедуры самонаведения не выявлена, то следует наводить ракету на другую цель, выявленной и выделенной в текущем времени из тех или иных сообра¬ жений (что тоже отражается в миссии раке¬ ты) для ее избирательного поражения. Для ситуации самонаведения диаграмму миссии избирательного поражения нужно трансформировать в ту, что показана на рис. 3.16. Следует обратить внимание, что на этой диа¬ грамме «ракетные» стрелки направле¬ ны в другую сторону, чем «целевые». Это связано со стремлением учесть специфику именно самонаведения. 244 | 4*
Рисунок 3.16 Диаграмма использования информации при самонаведении В этом случае, хотя комплекс ВТО по-прежнему исходит (выбирает скрипт) из всех полученных им в ре¬ альном времени текущих оценок ха¬ рактеристик цели (и ракеты), как на основе своих действий, так и с при¬ влечением внешних источников ин¬ формации, а также рекомендаций аналитиков, роль которых обычно ис¬ полняют экспертные системы. Другими словами, при самонаве¬ дении реализуемая тактика будет осуществляться несколько иначе, чем при наведении. Комплекс ВТО при совершении собственно самонаведе¬ ния вынужден сначала ориентиро¬ ваться только на фиксируемые в ре¬ альном времени характеристики цели и ракеты. А дальше - тактика дейст¬ вий выбирается исходя из полученной в реальном времени информации. Такая реализуемая тактика будет тем или иным приближением (удачным или нет) к исполнительной, а тем более, гарантиро¬ ванной тактикам, в чем однако можно убе¬ диться только при соответствующей кор¬ рекции действий, а также после выполне¬ ния огневого удара или в результате прове¬ дения испытаний и ситуационного модели¬ рования. Реализуемая в данный момент тактика «тянет» за собой отбор из обосно¬ вываемых в информационной платформе комплекса ВТО исполнительных тактик с учетом уже всей доступной информации для той тактики, которой надо придержи¬ ваться при последующем функционирова¬ нии системы самонаведения. Исполнитель¬ ная тактика может уточняться вплоть до полной смены ее в ходе полета и функцио¬ нирования ракеты. Критерием правильности следо¬ вания именно такой-то исполнитель¬ ной тактики является ее соответствие гарантированной, в чем, правда, мож¬ но убедиться, как только что отмеча¬ лось, после завершения избиратель¬ ного поражения заданной цели. Следовательно, структура онто¬ логии для избирательного поражения будет отображаться объединенными диаграммами, представленными на рис. 3.14-3.16. Функционирование системы самонаведения по целям- артефактам никак не вписывается в такую онтологию, поскольку для та¬ ких целей попросту исключается воз¬ можность оценки требуемых для из¬ бирательного поражения их характе¬ ристик. Таким диаграммам соответст¬ вуют в математике объекты, называе¬ мые ковариантным (рис. 3.15) или контравариантным (рис. 3.16) функ¬ торами, исследуемыми в теории кате¬ горий [613, 347, 737].
Именно теория категорий стала сегодня выступать вполне адекватной моделью системного подхода в корне отличающего¬ ся от традиционного - теоретико-множест- венного (подробнее в [865]). Теория категорий и ее приложе¬ ния к динамическим системам, тео¬ рии статистического принятия реше¬ ний, распознаванию, представлению знаний в базах данных, теории ли¬ нейных систем, теории нечетких структур и возможностей, логики рассмотрена в [613, 114, 347, 833, 484, 845, 832, 507]. Вероятно, нет не¬ обходимости специально обсуждать важность этих научных дисциплин и полученных в них с помощью теории категорий результатов для систем самонаведения, особенно в интеллек¬ туальной ипостаси. Конечно, категорные уравнения и диа¬ граммы кажутся, на первый взгляд, чрез¬ мерно общими. Миссия наведения соответ¬ ствует ковариантному функтору, а самона¬ ведения - контравариантному. Однако, представление в виде ковариантного и кон- травариантного функторов миссии ком¬ плекса ВТО, реализующих соответст¬ венно функции наведения и самонаведе¬ ния, на наш взгляд, говорит очень много о сути этих функций, поскольку здесь явно и непосредственно устанавливается взаимо¬ связь процедуры наблюдения за фоноцеле¬ вой обстановкой с задачей осуществления избирательного поражения выбранных це¬ лей, что важно при оценке ресурсов ком¬ плекса ВТО для осуществления боевой за¬ дачи и проведения моделирования. Входящие в эти уравнения и диа¬ граммы морфизмы могут быть ап¬ проксимированы операторами, функ¬ циями, функционалами, уравнениями, вытекающими из конкретики прово¬ димых измерений, то есть диаграммы выступают как модели объектов, да еще и с явной структурой взаимосвя¬ зи понятий. Чаще всего используется возможность аппроксимации мор¬ физмов функтора избирательного по¬ ражения динамическими системами - особыми математическими структу¬ рами, способными описывать объек¬ ты, удовлетворяющие принципу при¬ чинности (выходные сигналы таких объектов зависят только от предысто¬ рии входных сигналов и состояний объектов). Ракета как объект управления Хотим отметить, что в этой книге, по¬ священной оптикоэлектронным системам самонаведения, вопросы наведения и само¬ наведения ракет на цели будут излагаться конспективно - внимание акцентируется лишь на идеях, лежащих в фундаменте со¬ ответствующих технологий. Более подроб¬ но эти вопросы будут анализироваться во второй книге этой дилогии, где рассматри¬ ваются радиолокационные и комбиниро¬ ванные системы самонаведения. Центральной проблемой для комплек¬ са ВТО является проблема управления ра¬ кетным оружием в процессе доставки бое- припаса в район цели для осуществления избирательного поражения цели. Естест¬ венно, что ракета, как основной объект фи¬ зической платформы комплекса ВТО,
должна быть управляемой, т.е. способной под действием сил и моментов, создавае¬ мых органами управления, изменять режим полета требуемым образом [750, 331]. Как правило, управляемость ракеты соотносят с ее динамичностью, характеризующей способность изменять свое положение в пространстве под действием сигналов управления. Соответственно динамичность системы самонаведения, управляющей ав¬ тономно полетом ракеты [817], определя¬ ется также ее способностью реагировать на изменения обстановки, оцениваемой неко¬ ординатными и координатными характери¬ стиками объектов, обеспечивая адекват¬ ность управления ракеты, то есть осущест¬ влять запланированное и подготовленное системой самонаведения избирательное поражение в том числе и в условиях изме¬ нившейся боевой обстановки. В основе решения этой проблемы, а также ее многочисленных вариантов лежит разработка математической модели ракет¬ ного средства, отражающей целевые, цен¬ ностные и системные аспекты его функцио¬ нирования, а также причинно-следственные связи между внешними воздействиями, приложенными к ракете, и процессами из¬ менения ее состояния во времени с учетом динамичности, самым важным из которых является перемещение по траектории. Такая модель играет роль описания ракеты, то есть является онтологией. Если модель опи¬ сывает динамические характеристики раке¬ ты с требуемой полнотой и адекватностью, то можно считать эту модель «полномоч¬ ным представителем» ракеты при выработ¬ ке законов наведения и самонаведения. В этом смысле выбор траектории по¬ лета ракеты к цели становится прерогативой соответствующей логистической задачи по планированию и осуществлению соответст¬ вующего ракетного удара, то есть, логисти¬ ка избирательного поражения со своими скриптами выступает как составная часть миссии ракетного средства ВТО. Естественно, что управление форми¬ руется информационной платформой, кото¬ рая при осуществлении автономного само¬ наведения дислоцируется только на ракете (в том смысле, что используются информа¬ ционные ресурсы только системы самона¬ ведения), и формируется на базе системы самонаведения. Поскольку поступление данных от объектов фоноцелевой обстанов¬ ки создает для информационной платформы принципиально нерегулярный поток собы¬ тий, то это заставляет соответствующим об¬ разом организовывать временные ресурсы информационной платформы ракеты. Здесь требуется согласование времени с каждым программным ядром информационной платформы системы самонаведения. При¬ ходится каждому «ядерному» объекту ин¬ формационной платформы заводить свой внутренний таймер, генерирующий «свое» дискретное имманентное время и показы¬ вающий в масштабе внутри времени осуще¬ ствления того или иного процесса (функ¬ ции) системой самонаведения, сколько вре¬ мени действует этот объект. Кроме того, данный таймер связан с общим временем функционирования системы самонаведения в процессе избирательного поражения для соответствующей приостановки во время передачи и получения данных извне, на¬ пример, из базы данных (знаний) или от других программных ядер. В гл. 2 начали использовать понятие со¬ стояния, без которого нельзя выявить он¬ тологии и миссии, что обслуживают любые технологии, связанные с управлением ра¬ кетой при осуществлении избирательного поражения. Понятие состояния играет ключевую роль в описании изменений, происходящих в комплексе ВТО, в том числе, и в процессе полета ракеты к цели и совершения избирательного поражения. Для ракеты (и ее системы самонаведе¬ ния) состояние, по своей сути, это, прежде всего, существенные для избирательного поражения пространственно-временные от¬ носительные координаты ракеты и цели, хо¬ тя можно изучать полет ракеты и сам по се¬
бе (особенно, вдали от цели), не соотнося его с функцией избирательного поражения цели, тогда состояние определяется только координатами ракеты. Вообще говоря, со¬ стояние получается разным для гарантиро¬ ванной, исполнительной и реализуемой так¬ тик функционирования ракеты. Если про¬ изошло такое увязывание выбора состояний системы с реализуемыми ею функциями, то такие «отобранные» компоненты состояния в теории управления называют фазовыми компонентами (координатами) системы, а все множество возможных значений фазо¬ вых компонент - фазовым пространством системы. Как правило, фазовые координаты и про¬ странство вводят в рассмотрение только координатные технологии наведения и са¬ монаведения. Но, поскольку системы само¬ наведения могут еще выполнять функции взрывателей, ступеней предохранения и взведения мин, торпед, снарядов, боевого оснащения ракет, а также просто включать те или иные системы на ракете в зависимо¬ сти от сформированного образа окружаю¬ щей фоноцелевой обстановки, то пополне¬ ние фазового пространства компонентами состояния, соответствующими некоорди¬ натным характеристикам цели и ракеты, позволяет комплексно рассматривать все процедуры на ракете, обеспечивающие га¬ рантированное поражение заданных целей. Траектории полета наводимого на цель ракетного средства поражения (бое¬ припаса), как важнейший компонент его со¬ стояния, могут быть отображены в виде векторных функций, аргументами которых выступают влияющие на оценки траектории характеристики системы самонаведения (фазовые координаты), динамика цели, за¬ коны управления ракетой, действия против¬ ника по противодействию применяемому оружию и наконец, текущие, уже реализуе¬ мые системой управления ракеты оценки траектории полета и динамики функциони¬ рования самой ракеты на траектории. Функции изменения состояния задают¬ ся в виде особой математической конструк¬ ции - динамической системы [818, 230, 486]. Правда, сейчас выбором онтологий разводят динамические системы, как некие физиче¬ ские объекты, и применяемые для них опи¬ сания, использующие понятие математиче¬ ской модели и производных понятий. При таком «разведении» понятие динамической системы используется как название для со¬ ответствующих объектов, так и для обозна¬ чения их математических моделей. Такой способ описания с помощью динамических систем поведения ракеты на траектории в те¬ кущем времени позволяет учитывать все проводимые коррекции траектории, свойст¬ венные самонаведению и диктуемые, прежде всего, дуэльной ситуацией, характерной для боевой задачи гарантированного избиратель¬ ного поражения цели в реальных условиях. В рамках теории категорий и функторов дина¬ мические системы есть способ развернутой записи морфизмов. Исходя из концепции динамических систем, функционирование ракеты (а зна¬ чит, ее системы самонаведения) можно представить совокупностью четырех со¬ ставляющих, включающей в свой состав перемещение ракеты в пространстве (меха¬ ническое движение), изменение состояния бортового ресурса, изменение состояния размещенных на его борту информацион¬ ных средств, которых мы считаем элемен¬ тами соответствующей системы самонаве¬ дения, и, наконец, - осуществление инфор¬ мационного взаимодействия ракеты с окру¬ жающей физической средой или другими боевыми средствами и/или РУК (и/или цен¬ тром управления). Только первый объект и немного четвер¬ тый оперируют координатными характери¬ стиками, основное внимание при функцио¬ нировании ракеты уделяется ее некоорди¬ натному представлению. Информационное взаимодействие - это целевая задача и ос¬ 248 | ниииим
новной атрибут ракеты, как боевого сред¬ ства ВТО. Подобная трактовка для ракеты (а значит, и ее системы самонаведения) позво¬ ляет отнести ее к классу сложных систем (то есть систем, элементы которых сами яв¬ ляются системами), попадающих под юрис¬ дикцию высоких технологий. В соответст¬ вии с таким подходом ракета, как объект управления, может быть представлена схе¬ мой, изображенной на рис. 3.17, где показан основной компонент этой модели - подсис¬ тема информационного взаимодействия и три вспомогательных компонента - подсис¬ тема механического движения ракеты, сис¬ тема самонаведения и подсистема бортово¬ го ресурса, необходимого для функциони¬ рования всех остальных подсистем. Как видно из этого рисунка, нам здесь понадо¬ билось дифференцировать по своему соста¬ ву и структуре «интегральную» систему са¬ монаведения, выделенную на рис. 1.4. На схеме также отображены взаимосвязи меж¬ ду подсистемами и соответствующие вход¬ ные (управляющие и возмущающие) воз¬ действия и состояния подсистем. Из этой схемы следует, что общая ма¬ тематическая модель информационного взаимодействия в данном случае должна включать в свой состав модели всех четы¬ рех указанных составляющих, так как вы¬ полнение функции ракеты по организации информационного взаимодействия с окру¬ Рисунок 3.17 Общая структурная схема информационного канала ракеты
жающей физической средой и другими объ¬ ектами (наземными, космическими или воз¬ душными) для осуществления избиратель¬ ного поражения назначенной цели возмож¬ но только при согласованном функциони¬ ровании всех рассмотренных четырех под¬ систем. Любая математическая модель процесса информационного взаимодействия ракеты с окружающей средой будет представлять собой некоторую комбинацию четырех взаимосвязанных частных моделей указан¬ ных подсистем, определяющих структуру выполняемой ракетой миссии по избира¬ тельному поражению целей. Кроме того, в соответствии с систем¬ ным подходом и необходимостью перехода к онтологическому представлению рассмат¬ риваемых ситуаций исследование системы самонаведения должно предполагать рас¬ ширенное понимание среды, в которую «погружена» исследуемая система, то есть других внешних систем, влияющих на функционирование системы самонаведения или подверженных влиянию с ее стороны. В общем случае понятие среды, как одного из основного звена онтологии самонаведе¬ ния, применительно к ракете (точнее, ее системе самонаведения) как динамической системе предполагает рассмотрение трех составляющих: ■ управляющая среда (управляющая система), вырабатывающая целена¬ правленное воздействие на все под¬ системы ракеты, с целью обеспечения ее желательного функционирования (рис. 1.4 - система самонаведения + РУК); ■ среда информационного взаимодейст¬ вия (рис. 1.4 - окружающая фоноцеле¬ вая обстановка или другие ракеты); ■ возмущающая среда, формирующая воздействие на ракету, не зависящее от управляющей среды (рис. 1.4 - факторы окружающей среды). Для строгой постановки и конструктивного решения задач управления ракетой, как боевого средства ВТО, в первую очередь, следует построить формальные, математи¬ ческие модели ракеты, как объекта управ¬ ления, то есть в соответствии с вышеизло¬ женным представлением ее в виде динами¬ ческой системы (информационного акто¬ ра), а также сформировать математические модели ее подсистем: модель движения, модель системы самонаведения, модель бортового ресурса и модель информацион¬ ного взаимодействия с учетом существую¬ щей между ними взаимосвязи. В настоящее время наиболее разрабо¬ таны модели механического движения раке¬ ты. Значительно меньшее внимание в со¬ временных исследованиях комплексов ВТО уделяется моделированию процессов ин¬ формационного взаимодействия ракеты с окружающей средой и соответствующим задачам управления. Целевое назначение полета, представ¬ ляющее определенное заданное состояние ракеты в будущем, может быть описано со¬ вокупностью обобщенных координат хц и условий, при выполнении которых оно дос¬ тигается, то есть вектор состояния хц есть не что иное, как некоторое желаемое значе¬ ние вектора состояния хо для ракеты (что соответствует, например, прямому попада¬ нию ракеты в цель) в будущем. Эти два век¬ тора состояния связаны между собой соот¬ ветствующим оператором преобразования, фиксирующим реальные «достижения» сис¬ темы самонаведения по обеспечению изби¬ рательного поражения. По этой причине, целевое назначение ракеты состоит в обес¬ печении в момент гарантированного изби¬ рательного поражения цели равенства хо = хц , понимая теперь под хц простран¬ ственно-временные координаты цели в мо¬ мент ее избирательного поражения. Следует обратить внимание, что записанное только
Рисунок 3.18 Векторы состояния ракеты и цели что равенство требует также приведения систем ракеты, не относящихся к движе¬ нию, в заданное состояние. Векторы хо и хц можно изобразить в «-мерном пространстве (рис. 3.18). Соеди¬ нив концы векторов, получим третий вектор Л(/) = хц(/)-*о(0, который назовем ис¬ тинным (текущим) промахом в рассматри¬ ваемом «-мерном координатном простран¬ стве в момент времени t. Этот промах оце¬ нивается расстоянием между фактическим и требуемым (желательным) состояниями ра¬ кеты или текущей (для момента времени t), прежде всего, расходимостью траекторий «- мерном пространстве ракет и цели. В идеальном случае решения задачи достижения гарантированного избиратель¬ ного поражения цели можно записать для момента окончания функционирования оружия, как А —> 0. Однако, как уже отме¬ чалось в гл. 1, столь жесткой постановки за¬ дачи избирательного поражения цели нико¬ гда не ставится. Обычной формулировкой условия выполнения этой задачи является необходимость выполнения неравенства вида - совокупность до¬ пусков на компоненты вектора А (допус¬ тимые рассогласования), где прямыми скобками определена процедура вычисле¬ ния длины (нормы) вектора, в качестве ко¬ торой может выступать сумма квадратов или сумма модулей, или значение макси¬ мального уклонения компонент и т.п. В наиболее общем случае условия достижения цели задаются более сложными операторами в виде Л(хц(0,хо(0)*В(£). (3.5) Оператор Л(-) определяет вид функ¬ циональных преобразований над траекто¬ риями хц (/) и хо(/) в «-мерном простран¬ стве, оператор В( ) учитывает зависимость допуска для текущего и «целевого» прома¬ хов. Исходя из формулировки задачи по гарантированному избирательному пораже¬ нию цели для его достижения необходимо проводить следующие операции. 1. Иметь или получать в реальном времени информацию о текущих обобщен¬ ных координатах цели хц(/). 2. Знать или контролировать собст¬ венное состояние ракеты - ее текущий век¬ тор состояния хо(/). 3. Перерабатывать полученную ин¬ формацию о траекториях в хц(/) и хо(0 по заданному условию (критерию) согласно оператору Л(-). В простейшем случае, оп¬ ределять текущее рассогласование «-мер¬ ном пространстве траекторий ракеты и цели А(/) = лсц(/)-хо(0 . 4. Спрогнозировать ход траекторий в «-мерном пространстве ракеты и цели вплоть до момента времени tH, назначен¬ ного для избирательного поражения цели. 5. Путем воздействия на ракету или даже цель (например, заставляя ее сделать требуемый маневр или отключить нежела¬ тельные средства противодействия) стре¬ миться уменьшить итоговый промах A(tH) до £ (или удовлетворить соответствующей
операторной системе неравенств) и фиксиро¬ вать достижение заданной точки цели. Для противника естественно желание удержать этот промах на значительной величине. 6. После завершения ракетной стрель¬ бы оценить факт и степень поражения цели, а также фактический промах и попытаться использовать полученные знания при кор¬ ректировке процедуры самонаведения при последующих ракетных ударах. Исходя из постановки задачи и перечис¬ ленных рассмотренных только что опера¬ ций, совершаемых при осуществлении га¬ рантированного избирательного поражения цели, можно составить общую функцио¬ нальную схему соответствующей системы самонаведения ракеты. Система самонаведения (может быть с участием РУК) оценивает обобщенные ко¬ ординаты цели и объекта (хц и хо), выпол¬ няя операции, указанные в пп. 1 и 2. Как правило, такая система является многопа¬ раметрическим измерителем пространст¬ венно-временных координат (измеряет, на¬ пример, дальность, углы, скорость). Иногда эту совокупность радиосредств системы са¬ монаведения называют радиокоординато¬ ром или радиосистемой измерения текущих навигационных параметров. В системе са¬ монаведения можно использовать как раз¬ дельное измерение хц и хо различными модулями, так и одновременное - одним модулем. Довольно часто непосредственно оценивают А. Наконец, возможны такие случаи, ко¬ гда некоторые координаты ракеты заданы программой полета и вообще не оценива¬ ются. Для конструктивного выполнения системы самонаведения весьма важно, где измеряются координаты - на борту ракеты в системе самонаведения или на пункте управления РУК, входящего в структуру комплекса ВТО. Это обстоятельство, вооб¬ ще говоря, определяет разные способы ра¬ диоуправлений и соответственно разные процедуры самонаведения. На выходе соответствующего измери¬ тельного модуля системы самонаведения формируются аналоги (оценки) координат Л Л Хц и хо, которые искажены из-за воздейст¬ вия на измерительную систему различного рода помех, наличия динамических и аппа¬ ратурных ошибок, ограниченности ресур¬ сов. Модуль формирования и передачи ко¬ манд выполняет с третьей по пятую опера¬ ции, необходимые для избирательного по¬ ражения цели. В соответствии с рассмот¬ ренным выше условием управления и некоторыми дополнительными условиями система самонаведения вырабатывает оцен- Л ку для текущего рассогласования А. По этой оценке формируется команда, коррек¬ тирующая траекторию полета ракеты. Если команды вырабатываются РУК, то для их передачи на борт ракеты используется ко¬ мандная радиолиния (или командный ра¬ диоканал), входящая в комплекс ВТО. Таким образом, как следует из рас¬ смотренной общей схемы радиоуправления ракетным средством, входящие в систему самонаведения модули выполняют две ос¬ новные функции: измеряют координаты це¬ ли и ракеты, передают и принимают соот¬ ветствующую информацию, а также участ¬ вуют в формировании команд управления полетом ракеты. Кроме модулей, непосредственно обеспечивающих наведение ракеты, обычно в комплекс ВТО входят еще ряд вспомога¬ тельных радиосистем и радиоустройств, ко¬ торые решают одну или несколько важных для комплекса ВТО задач: ■ обнаружение цели в заданной области значений обобщенных координат; ■ распознавание и выбор из нескольких целей предназначенной для избира¬ тельного поражения, при этом нередко требуется выбрать главную цель; ■ вхождение в режим измерения коор¬ динат цели и ракеты, а также в режим приема информации;
■ переход с одного режима измерения координат и передачи информации о них информации в другой; ■ осуществление мероприятий по РЭБ, ■ контроль параметров радиоаппарату¬ ры и других устройств, систем, агре¬ гатов; ■ автоматическая ликвидация неисправ¬ ностей в различной аппаратуре на пункте управления и на борту ракеты; ■ оперативное и наглядное отображение информации о текущем состоянии различной аппаратуры ракеты и пунк¬ та управления; ■ вмешательство оператора в режим ав¬ томатического радиоуправления для изменения цели управления; ■ сбор информации о результатах изби¬ рательного поражения, ■ калибровка и настройка аппаратуры. Технически реализованная для данной так¬ тической задачи совокупность основных и вспомогательных радиосистем образует комплекс радиоуправления, развертывае¬ мый на информационной платформе сис¬ темы самонаведения и РУК. В теории стрельб текущий промах A(t) чаще всего рассматривается как выбо¬ рочная реализация некоего векторного слу¬ чайного процесса, более того, этот процесс считается белым гауссовским шумом. В этом случае формируется такая характери¬ стика случайного процесса, как спектраль¬ ная плотность - у белого гауссовского шума она не зависит от частоты (постоянна). Именно постоянство спектральной плотно¬ сти и равномерность распределения фазы определяют такие уникальные свойства бе¬ лого гауссовского шума, как его полную непредсказуемость. По этой причине белым гауссовским шумом следует описывать только ту составляющую промаха, для ко¬ торой не может быть сформирована соот¬ ветствующая технология уменьшения вели¬ чины промаха. С точки зрения информационных про¬ цессов шум следует рассматривать как не¬ кий процесс, который всегда уменьшает ко¬ личество информации об истинной текущей траектории полета цели и/или ракеты, оце¬ ниваемой по наблюдаемой траектории. Ди¬ намика промаха, как реализации случайного процесса, получается полностью непредска¬ зуемой, то есть последующее значение от¬ счета траектории полета ракеты может быть любым (конечно, в допустимых пределах), каким бы не был отсчет ее траектории в те¬ кущий момент времени. Однако рассматриваемая задача стрельбы боевыми средствами поражения привлечения математического аппарата теории случайных процессов не требует, поскольку здесь промах интересен только для конечного (назначенного) для пораже¬ ния цели момента времени. В данном слу¬ чае вместо случайного процесса достаточно использовать численный промах в конеч¬ ный момент времени. Если считать, что данный пуск один из многих, и эта ситуация подходит под требования статистической устойчивости, то здесь применима обычная теория вероятности для случайных величин. Получается, что характеристика промаха вырождается в столь же классическое сред¬ неквадратическое отклонение. Рассматриваемая математическая структура для промаха - некоего случайно¬ го процесса вполне подходит под статус за¬ дачи управления (в нашем случае - наведе¬ ния), где требуется обеспечить полет раке¬ ты по заданной траектории хц(0, когда ее фактическая траектория описывается век¬ торной функцией хо(0 («навесить» ракету на заданную траекторию). Полет ракеты не может строго происходить по требуемой траектории из-за ограниченности имею¬ щихся динамических и информационных ресурсов. При такой постановке задачи сле¬ дует увеличивать размерность векторного случайного процесса, обеспечивая, напри¬ мер, наведение, то есть совпадения кинема- тик компонент вектора не только для про¬ странственных координат, но еще и для 1 * шшж 253
скорости и ускорения полета ракеты. Воз¬ можна в рамках этой модели и постановка задачи по оценке траектории полета ракеты из наблюдений за ней. Если такая задача управления сводит¬ ся к выбору траектории полета ракеты из некоторого множества возможных, то в теории случайных процессов обычно реше¬ ние принимается в пользу той траектории, для которой вероятность ее трансформации условиями стрельбы в заданную (наблю¬ даемую) считается наибольшей (в сравне¬ нии с другими траекториями). Такой способ выбора траектории при, правда, соблюде¬ нии требования равновероятности всех воз¬ можных траекторий цели, соответствует действию правила максимального правдо¬ подобия, а соответственно условная (пере¬ ходная) вероятность называется правдопо¬ добием. Физическая трактовка правила правдопо¬ добия весьма прозрачна - предпочтение отдается выбору той траектории, которая наиболее похожа на заданную в сравнении с остальными, причем мерой сходства слу¬ жит величина корреляций отбираемых тра¬ екторий с заданной. Следовательно, сформировалась це¬ почка рассуждений, объясняющая исходное требование для стрельбы - обеспечение максимума правдоподобия: максимум правдоподобия => минимум расстояния между траекториями => максимум корреляции траекторий. Процедура оценки корреляционной функ¬ ции достаточно легко и надежно выполня¬ ется в отличие от исходной процедуры оценки условной вероятности, лежащей в основе правила максимального правдопо¬ добия. Сегодня такая процедура в том или ином виде задействуется практически в любой радиоэлектронной информационной системе (см., например, [227]). Уравнения движения получаются, как известно, из системы уравнений для сил и моментов. В такой системе может быть уч¬ тено (в виде дополнительных уравнений или при соответствующей корректировке уже имеющихся) влияние автоматических систем управления, входящих в структуру системы самонаведения: системы улучше¬ ния характеристик устойчивости и управ¬ ляемости, автопилота, системы траекторно- го наведения бортовой системы управления полетом и др. Вопросы оснащения ракетно¬ го ВТО функциями наведения и самонаве¬ дения достаточно обстоятельно рассмотре¬ ны в научно-технической литературе, и в этой области активно продолжаются иссле¬ дования научной школой профессора В.И. Меркулова [601, 602, 603, 604, 591, 596, 878, 879, 294, 306, 593, 288]. С обсуждением технологий, исполь¬ зующих корреляционные функции, связаны широко используемые в теории стрельбы критерии оценки эффективности, базирую¬ щиеся на стохастических (путь 01 на рис. 1.2) оценках неопределенности, опре¬ деляемой по промахам (ошибкам стрельбы). Обеспечение гарантированного поражения цели грамотным установлением величины промаха напрямую связано со знанием ста¬ тистических закономерностей, которым под¬ чиняется наблюдаемая величина оценивае¬ мых характеристик, влияющих на промах. Основным результатом процесса на¬ ведения (самонаведения) является факт из¬ бирательного поражения цели, который мы, прежде всего, соотносим с достигнутой ве¬ личиной промаха относительно заданного места цели. Допустимый промах зависит от требуемой вероятности поражения цели и мощности боевой части. При оценках ре¬ зультатов наведения ВТО обычно рассмат¬ риваются два вида промахов: промах П на горизонтальной плоскости (на земле или водной поверхности) и промах 77к в кар¬ тинной плоскости. На этих плоскостях ус¬ танавливаются зоны поражения цели. В качестве промаха П (в горизонталь¬ ной плоскости) принимается расстояние
между центром цели и точкой пересечения ВТО (ракетой) горизонтальной плоскости на высоте расположения центра цели. При положении центра цели на координатной плоскости нормальной системы координат измерение промаха П производится в этой же плоскости. При положении центра цели в системе координат на высоте промах П измеряется в горизонтальной плоскости уже на этой высоте. В том случае, когда наведе¬ ние осуществляется на точку прицеливания, смещенную относительно центра цели, и нужно охарактеризовать результат наведе¬ ния именно на эту точку, то измеряется промах Япр как расстояние между точкой прицеливания и точкой пересечения раке¬ той горизонтальной поверхности, располо¬ женной на высоте точки прицеливания. Не¬ совпадение точки прицеливания с центром цели может иметь место вследствие ошибок прицеливания. Промах Ппр используется прежде всего для характеристики точности наведения, а промах П - еще и для оценок боевой эффективности ВТО. Под плоскостью рассеивания, назы¬ ваемой иногда картинной, в теории систем наведения оружия понимают плоскость, проходящую через центр масс цели пер¬ пендикулярно вектору относительной ско¬ рости наводимой на цель ракеты, либо перпендикулярно линии пункт управления - ракета. В свою очередь, под рассеивани¬ ем понимают несовпадение действитель¬ ной траектории полета ракет с заданной (номинальной). Расстояние между целью и ракетой в плоскости рассеивания как раз и называют промахом. Для удобства промах представ¬ ляют в виде его проекции ПРг и на оси выбранной системы координат, связан¬ ной с центром масс цели и расположенной в плоскости рассеивания. Взаимное располо¬ жение цели и ракеты в плоскости рассеива¬ ния иллюстрирует рис. 3.19. Промах явля¬ ется основной характеристикой качества функционирования систем самонаведения. ВТО по своей сути допускает промах, укла¬ дывающийся в контур цели. Если система самонаведения ВТО не способна вывести так хорошо ракету на цель, то в ее составе должен быть радиовзрыватель, работа кото¬ рого компенсирует возможный промах сис¬ темы самонаведения. Точка цели, относительно которой оценивается величина промаха, может вы¬ бираться по-иному. Например, если самона¬ ведение обеспечивается соответствующей оптикоэлектронной системой, то в этом случае центром цели считается энергетиче¬ ский центр рассеяния цели. В случае, когда перед ВТО ставится задача попасть в задан¬ ное место цели, что свойственно избира¬ Рисунок 3.19 Взаимное расположение цели и ракеты Точка прицеливания
тельному поражению, то его координаты на цели и являются таким центром. Промах в плоскости рассеивания оце¬ нивается также как и промах на горизон¬ тальной плоскости с заменой горизонталь¬ ной плоскости на картинную и выбором в последней декартовой системы координат, являющейся развернутой земной. По этой причине, в дальнейшем не будут специаль¬ но разделяться промахи в картинной и в го¬ ризонтальной плоскости. В качестве основной статистической характеристики точности наведения ВТО обычно принимается оценка кругового ве¬ роятного отклонения промаха в картинной плоскости (здесь уже обозначениями под¬ черкивается принципиальная разница меж¬ ду случайной величиной и ее оценкой). В соответствии со сложившейся практикой эта оценка рассматривается как квантиль порядка 0,5 (медиана распределения), что эквивалентно радиусу круга с центром в точке цели (точке прицеливания), в который из всех проведенных опытов попадают 50% точек пересечения ракетой плоскости. Сочетание приведенных оценок точ¬ ности позволяет составить более полную картину распределения промахов и выявить их характер. Так, оценки и Щпг) опреде¬ ляют положение центра группирования промаха ракеты по отношению к центру це¬ ли. Посредством этих оценок можно вы¬ явить закономерности недолетного, пере¬ летного или бокового характера. По этим же оценкам в сочетании со среднеквадрати¬ ческими отклонениями выясняют структуру распределения промахов на земле или кар¬ тинной плоскости. Анализ статистических закономерностей позволяет на этапах проектирования и от¬ работки ВТО принять необходимые меры по устранению негативных факторов. Точ¬ ность наведения является одним из основ¬ ных показателей ВТО. Требования по точ¬ ности наведения всегда содержатся в так- тико-техническом задании на разработку ВТО и обычно предъявляются в виде зада¬ ваемых значений кругового вероятного от¬ клонения в картинной плоскости. Дости¬ жение заданных значений отклонения есть важнейшая часть миссии ВТО. Поскольку промах зависит от множе¬ ства причин, то аналитические выражения, позволяющие вычислить его значение, мо¬ гут быть получены лишь в процессе анализа конкретных типов систем самонаведения. С точки зрения организации управле¬ ния ракетой при совершении избирательно¬ го поражения понятие промаха уточняют. Например, используют текущий промах, под которым понимают расстояние между целью и ракетой в плоскости рассеивания, которое имело бы место при прекращении управления в текущий момент времени t. Текущий промах есть погрешность, приве¬ денная к выходу (1.10) системы самонаве¬ дения, если процесс управления ракетой анализировать в рамках двухзвенной моде¬ ли. При таком подходе в качестве погреш¬ ности, приведенной ко входу (1.9) высту¬ пают ошибки управления (наведения), оце¬ ниваемые вектором Ах(/) разности требуе¬ мых и фактических (управляемых) фазовых координат. Используемые на практике показатели точности ■ Математическое ожидание ошибки управления или промаха. ■ Дисперсия ошибки управления или промаха. ■ Вероятность того, что ошибка управ¬ ления или промах не выйдет за преде¬ лы допустимой области. ■ Оценки корреляционных связей меж¬ ду h и Ах При исследовании систем самонаве¬ дения различают потенциальную и реаль¬ ную точности. Потенциальная точность ха¬ рактеризуется минимально возможными ошибками управления и промахами, кото¬ рые достигаются лишь теоретически. Пока¬ затели ее позволяют судить о предельных возможностях системы самонаведения. 256 I
Реальные показатели точности хуже потен¬ циальных. Наиболее достоверные показа¬ тели реальной точности определяют либо в процессе испытаний системы (эксперимен¬ тально), либо в процессе имитационного моделирования ее функционирования во всем диапазоне возможных условий при¬ менения. Показатели точности управления и их зависимость от условий применения и па¬ раметров системы самонаведения можно определять лишь в процессе анализа кон¬ кретных типов систем. Тем не менее, можно выделить общие причины, приводящие к появлению ошибок наведения независимо от типа систем радиоуправления. Причины, приводящие к появлению ошибок наведения независимо от типа систем радиоуправления Несовершенство используемых мето¬ дов наведения. Несоответствие динамических (манев¬ ренных) свойств ракеты и цели. Погрешности измерений и оценива¬ ния. Ошибки вычислителей. Чувствительность алгоритмов функ¬ ционирования к точности выдержива¬ ния параметров и изменению условий функционирования. Следует отметить, что, как правило, все пе¬ речисленные причины действуют одновре¬ менно и могут взаимно усиливать влияние друг друга на формирование ошибок управления. Промах обусловлен не только пара¬ метрами самой системы самонаведения, но и условиями ее применения. В предположе¬ нии, что каналы управления самой системы самонаведения и обслуживаемых ею систем являются идеальными и не влияющими друг на друга, зависимость текущего про¬ маха для вертикальной и горизонтальной плоскостей от условии наведения определя¬ ется следующим соотношением: (3.6) где - относительная скорость ракеты (системы самонаведения); RN - дальность системы самонаведения до цели. Индексы v и h указывают на вертикальное и горизон¬ тальное направления в оценке промаха; Oivh - угловая скорость вращения линии визирования на цель. И скорость, и даль¬ ность принимаются на тот текущий момент времени, после чего условно считается, что система самонаведения движется к цели «по инерции». Аналогичным образом определя¬ ется конечный промах, после того, как сис¬ тема самонаведения перестала выдавать ко¬ манды управления ракете. Замена индексов v и h на обобщенные 1 или 2 позволит привязать промах к той плоскости, в кото¬ рой осуществляет управление ракетой. Важнейшей характеристикой системы самонаведения, принадлежащей к категории промахов, является допустимый промах (требуемая точность наведения): (3.7) где rstr - эффективный радиус поражения (расстояние от точки доставленной к цели ракеты, обеспечивающее достоверное ее поражение); PRstr - условная вероятность поражения цели с помощью одной ракеты. Допустимый промах непосредственно через эффективный радиус поражения оп¬ ределяется мощностью боевой части ракет¬ ного ВТО. Факторы, влияющие на вероятность поражения цели ■ Двумерная плотность вероятностей флуктуационной ошибки контуров системы радиоуправления. ■ Промах, вызванный мертвой зоной. ■ Радиус действия радиовзрывателя.
Поскольку система самонаведения на¬ ходится на подвижном корпусе ракеты, со¬ вершающей в полете угловые колебания в ортогональных плоскостях управления и по крену, а управляющие сигналы, передавае¬ мые на ракету, формируются измеренными угловыми скоростями линии визирования, очевидно, что антенна оптикоэлектронной системы самонаведения должна быть ста¬ билизирована в пространстве, иначе коле¬ бания корпуса сложатся с угловой скоро¬ стью линии визирования и ракета будет управляться ложными сигналами. Анало¬ гичную роль источника ложных сигналов играют искажения луча антенны системы самонаведения за счет влияния обтекателя. Эти ошибки, называемые синхронными ошибками, могут очень сильно влиять на точность самонаведения. Канал самонаведения с соответст¬ вующей оптикоэлектронной системой пред¬ ставляет собой сложную, нелинейную, не¬ стационарную, стохастическую систему, динамические (инерционные) характери¬ стики которой непосредственно проециру¬ ются на ошибки самонаведения. Обычно организуется фильтрация управляющих сигналов на основе вычисления управляю¬ щих ускорений для сглаживания шумов при вычислении сигналов угловой скорости ли¬ нии визирования, для ослабления любых остаточных движений корпуса ракеты, обу¬ словленных синхронными ошибками, и для минимизации эффектов переменной часто¬ ты выдачи данных. Навигационный параметр зависит от времени полета до цели и от весового ко¬ эффициента управляющего воздействия. Оценка ускорения маневра цели базируется на измерениях системой самонаведения уг¬ ловых данных линии визирования. Система самонаведения вынуждена дополнительно приспосабливаться к сложившимся услови¬ ям в соответствии с априорной информаци¬ ей о типе цели, динамических характери¬ стик ракеты на конечном участке траекто¬ рии, качеству информации по дальности и измерениям системы самонаведения. Самонаведение на воздушные цели требует знания скорости сближения, векторов ус¬ корений объекта и ракеты, вектора угловой скорости линии визирования, кроме того, в качестве параметров в закон управления закладываются установленные дальности начала и конца самонаведения, определяе¬ мые тактико-техническими характеристи¬ ками ракеты. В состав систем самонаведения, реа¬ лизующих процедуры управления на назем¬ ные цели, входят устройства формирования оценок дальности, скорости, угла сноса, бортовых пеленгов, вектора угловой скоро¬ сти линии визирования и вектора собствен¬ ных ускорений. Многие перечисленные проблемы решаются при полуактивном са¬ монаведении с подсветом цели от дополни¬ тельного, расположенного вне данной сис¬ темы самонаведения источника. Отклонения реальной траектории поле¬ та системы самонаведения от заданной, пре¬ жде всего, из-за неточностей в совершении процедур оценок требуемых для формирова¬ ния самонаведения параметров управления, рассматриваются как проявления соответст¬ вующих динамических ошибок. Эффективность системы самонаведения Эффективность избирательного поражения - есть основная характе¬ ристика миссии ВТО, которая транс¬ лируется во все показатели функцио¬ нирования всех объектов информа¬ ционной и физической платформ комплекса ВТО и, с другой стороны, характеризует свой вклад в осущест¬ 258
вление миссии. Как правило, спосо¬ бы оценки эффективности непосред¬ ственно влияют на выбор скриптов и на требования к реализуемым функ¬ циям, в совокупности обеспечиваю¬ щих успешность избирательного по¬ ражения. Эффективность - комплексная характеристика потенциальных и/или реальных результатов использования системы с учетом степени соответст¬ вия этих результатов функциям, реа¬ лизуемым системой [262, 736, 626, 685, 586, 345, 615]. Применительно к ВТО полезный эффект оценивается критериями достижения избиратель¬ ного поражения, то есть промахом. Важно отметить, что судить об эф¬ фективности ВТО только по промаху явно недостаточно. Эффект избира¬ тельного поражения цели также зави¬ сит от координатных характеристик цели в момент подрыва, соотнесен¬ ных с координатами цели и положе¬ нием ее уязвимой части, поражение которой станет избирательным для всей цели. Будем считать, что и этот фактор обеспечения избирательного поражения также может быть оценен соответствующим промахом, но уже по другому вектору обобщенных ко¬ ординат, который может стать частью «основного» вектора, характеризую¬ щего полет ракеты к цели. При доставке боеприпаса в заданную отно¬ сительно цели точку и грамотно выбран¬ ном моменте подрыва вектор обобщенных координат, определяющий качество сраба¬ тывания боеприпаса, будет зависеть и от взаимного разворота боеприпаса относи¬ тельно цели. Именно, исходя из характери¬ стик для промаха, осуществляется на практике оценка эффективности стрельбы ВТО и формулируется кри¬ терий боевой эффективности. Наи¬ более распространенный критерий боевой эффективности - вероятность достижения ожидаемого результа¬ та (например, вероятность избира¬ тельного поражения объекта, попада¬ ния в цель) и математическое ожида¬ ние. Для оценки эффективности при¬ менения средств поражения, кроме того, может рассчитываться макси¬ мальный (минимальный) ожидаемый с заданной гарантийной вероятно¬ стью ущерб. Для оценки эффективно¬ сти различных вариантов действий имеющихся сил и средств при нали¬ чии нескольких задач в интересах принятия решения используется сис¬ тема критериев, характеризующих различные факторы, влияющие на операцию (бой), в том числе время на выполнение боевой задачи. Избирательное поражение цели зависит от факторов, которые могут быть просто не учтены при организа¬ ции и осуществлении избирательного поражения. Если цель - актор, то она может выбрать ту или иную тактику поведения, затрудняющую, а то и ис¬ ключающую избирательное пораже¬ ние. Допущение таких целей, а также неадекватности принимаемой при ор¬ ганизации избирательного поражения модели цели (возможность искажен¬ ного оценивания ряда координатных и некоординатных характеристик, влияющих на процедуру избиратель¬ ного поражения) заставляет после со¬ вершения огневого удара обязательно
убедиться, что избирательное пора¬ жение произошло, чтобы, если потре¬ буется, провести соответствующую коррекцию действий. Для этого с по¬ мощью соответствующих средств разведки должен быть налажен опера¬ тивный контроль результатов нанесе¬ ния ударов, причем такая разведка может проводиться и информацион¬ ными средствами, специально достав¬ ляемыми к цели средством поражения (см. гл. 1). Указанный оперативный контроль дейст¬ вий ВТО особенно актуален при ведении сетецентрических и гибридных войн, ве¬ дущихся по своей сути вдали от основных центров управления и с высокой автоном¬ ностью реализуемых таким оружием функ¬ ций. При этом оценка эффективности ВТО должна включать операции по ее «экспе¬ риментальной» оценке. «Теоретической» оценки (следующей логике: промах мал, значит, гарантировано избирательное по¬ ражение) эффективности сегодня явно не¬ достаточно. Следовательно, получается, что избирательное поражение зависит от целого ряда факторов, поэтому по¬ лезный эффект - это совокупность свойств системы, используемых для реализации конкретной миссии кон¬ кретным комплексом ВТО, а качест¬ во функционирования комплекса ВТО - это потенциальный полезный эффект для нескольких групп поль¬ зователей. Полезный эффект исполь¬ зования системы конкретным поль¬ зователем, как правило, меньше ин¬ тегрального показателя качества сис¬ темы. Только что отмеченный полезный эффект для ВТО трансформируется в оценку качества функционирования комплекса ВТО, если задача ставится непосредственно как осуществление избирательного поражения цели. Такое избирательное поражение обеспечива¬ ется поражением заданных элементов цели, и такое поражение может быть обеспечено и в том случае, если значи¬ тельный промах компенсируется эф¬ фективным действием боевой части. Требования, предъявляемые к информации и непосредственно влияющие как на качество решения, так и на качество информации ■ Достоверность. ■ Обоснованность. ■ Актуальность. ■ Конкретность. ■ Системность. ■ Своевременность. ■ Сопоставимость. Для ВТО требования, непосред¬ ственно влияющие на качество осу¬ ществления избирательного пораже¬ ния (для комплекса ВТО - на качест¬ во решения): управляемость ракеты, качество информации об объектах фоноцелевой обстановки и текущего состояния ракетного средства пора¬ жения, радиус поражения боевой час¬ ти, надежность, помехозащищен¬ ность, уязвимость, наличие активной и пассивной защиты и т.п. Полезный эффект - это одна сторона эффективности системы. Другой стороной эффективности яв¬ ляются совокупные затраты за жиз¬ ненный цикл комплекса ВТО, кото¬ рые, как правило, обязательно нужно
понести, чтобы получить от оружия полезный эффект по избирательному поражению. Применительно к миссии и формируемым на ее основе скриптам для ВТО приходится использовать несколько частных характе¬ ристик эффективности, которые вкупе с «интегральной» эффективностью образуют определенную структуру сигнатур для со¬ ответствующей модели функционирования комплекса ВТО. Эффективность боевого приме¬ нения ВТО оценивается величиной нанесенного противнику ущерба и выполнением боевых задач с учетом понесенных потерь, затраченных ма¬ териальных средств и времени. Затем по иерархии показателей идет боевая эффективность оружия - степень приспособленности его к выполне¬ нию боевых задач в различных усло¬ виях боевой обстановки. Являясь ха¬ рактеристикой оружия, боевая эффек¬ тивность определяется величиной ущерба, наносимого объектам про¬ тивника в определенное время при определенных затратах материальных средств, с учетом надежности, живу¬ чести и боеготовности самого ВТО. Боевая эффективность зависит от пора¬ жающих свойств боеприпасов, защищенно¬ сти объектов поражения, информационного обеспечения, характеристик средств дос¬ тавки, качества полетных заданий, метео¬ рологических и физико-географических ус¬ ловий и других факторов. Показателями (критериями) бое¬ вой эффективности ВТО служат та¬ кие количественные характеристики, как среднее число поражаемых при определенных условиях целей, время их небоеспособности, потребный рас¬ ход боеприпасов и др. Показатели боевой эффективности используются для оценки существующих, модерни¬ зируемых и перспективных образцов (комплексов) вооружения, в том чис¬ ле и ВТО. Эффективность боевого применения ВТО, непосредственно переходящая в соответствующую он¬ тологию для комплексов ВТО - сте¬ пень соответствия реального резуль¬ тата боевого применения средств из¬ бирательного поражения (априорных результатов расчетов) поставленной боевой задаче. Она характеризует ка¬ чество процесса достижения цели, его успешность или результативность, выражаемую отношением целевого эффекта к затратам (потерям) матери¬ альных ресурсов и времени, и опреде¬ ляется способом использования средств, их качеством, а также сло¬ жившимися условиями обстановки. Рассчитанную при идеальном способе использования средств ее называют потенциальной эффективностью. Показатель эффективности применения ВТО - количественная мера выполнения поставленной зада¬ чи (избирательного поражения объек¬ та с заданными требованиями). Мож¬ но дать несколько иную, но близкую по смыслу, «прагматическую» трак¬ товку эффективности с точки зрения осуществления огневого поражения всем комплексом ВТО: эффектив¬ ность огневого поражения комплек¬ сом ВТО - характеристика степени возможности, имеющейся у комплек¬ 261
са ВТО при огневом поражении для достижения поставленной задачи по нанесению ущерба противнику. Эффективность огневого поражения оце¬ нивается, как правило, ущербом, нанесен¬ ным группировке (объекту), который вы¬ ражается через различные показатели, а также степенью соответствия результата осуществляемого огневого воздействия по группировке (объекту) противника постав¬ ленной задаче, запланированной величине материального ущерба. Как видно из приведенных опре¬ делений различных показателей эф¬ фективности, все они в той или иной степени базируются на соотнесении огневых ударов с наносимым ущер¬ бом. До сих пор, в этой и предшест¬ вующих главах это понятие полага¬ лось интуитивно ясным и специально не обсуждалось. Теперь наступила пора более серьезно рассмотреть это основное при оценке эффективности ВТО понятие. В теории сдерживания сопоставляют эффект достижения це¬ ли, которую ставит перед собой аг¬ рессор, нанося превентивный удар, с ущербом, получаемым агрессором в ответных действиях противополож¬ ной стороны. Ущерб, причиненный агрессору в ответных действиях, пре¬ вышающий выгоды превентивного удара, называют неприемлемым. Он обладает эффектом сдерживания и является субъективной оценкой той нормы поражения, при которой целе¬ сообразнее отказаться от удара, чем допустить ущерб этого уровня. Понятие эффективности сводит воедино оценки результативности та¬ ких взаимоувязанных скриптов, как доставка боеприпаса к цели и «гра¬ мотный» подрыв его. Основное на¬ значение системы самонаведения - обеспечивать доставку боеприпаса к цели, для гарантированного избира¬ тельного поражения. Значит, любые оценки качества работы систем само¬ наведения будут включать параметры траекторий, особенно на завершаю¬ щем участке функционирования. При оценке эффективности ком¬ плекса ВТО в целом именно система самонаведения своим функциониро¬ ванием вносит наибольший вклад в его эффективность. Боевой потенциал - отношение ущерба, наносимого противнику, к собственным потерям. Мерой ущерба может быть состояние объекта про¬ тивника сразу после удара, время его пребывания в таком состоянии или вероятность их проявления. Эффективность системы самона¬ ведения ВТО оценивается с помощью показателей (количественные оценки) и критериев (правил, по которым оп¬ ределяется степень соответствия сво¬ ему назначению). При решении задач анализа и синтеза комплексов ВТО возникает потребность сравнения различных альтернативных вариантов, отличаю¬ щихся множеством параметров. Наи¬ более конструктивное сравнение ва¬ риантов можно выполнить, используя однокритериальную функцию эффек¬ тивности. Однако, множество пара¬ метров и, следовательно, рассматри¬ ваемых вариантов системы не позво¬ ляют «вырулить» на однокритериаль¬ ную функцию эффективности, что 262 I
требует применения достаточно кор¬ ректных, но оперативных и прибли¬ женных оценок. Преобразование многокритери¬ альной функции эффективности сред¬ ства (системы) в однокритериальную может быть осуществлено с примене¬ нием вероятностных показателей. Другими словами, теперь считаем, что цель находится в зоне вероятного поражения, где любая характеристика боевых возможностей комплекса ВТО требует оценки соответствующей не¬ определенности. Даже, если, как уже отмечали, ВТО стало «оружием бу¬ дущего», что означает его способ¬ ность гарантированно (достоверно) поражать цель (попадать в цель), но оценка избирательности поражения все равно заставит прибегать к рас¬ смотрению зоны вероятного пораже¬ ния с соответствующими характери¬ стиками неопределенности. В качестве интегрального пока¬ зателя эффективности в этом случае, как правило, используется произведе¬ ние вероятностей решения частных задач [345, 734, 280, 273, 293, 290]. При этом, как правило, не обращают внимания на совместимость оцени¬ ваемых вероятностными критериями событий и считают, что такие собы¬ тия независимы, а также выборки (ус¬ ловия функционирования) - стати¬ стически значимы. Напомним также, что аксиоматика академика АН СССР А.Н. Колмогорова, лежащая в основе традиционной теории вероятности, устанавливает правила оперирования с вероятностными сущностями, не за¬ висящие от номинальных значений вероятности. В рамках этой аксиоматики под случайностью понимается принципи¬ ально неустранимая неопределен¬ ность, а стохастическую ситуацию характеризуют три признака: 1) не¬ предсказуемость (невозможность спрогнозировать исход ситуации с за¬ данной точностью); 2) воспроизводи¬ мость (имеется возможность повто¬ рять ситуацию в примерно одинако¬ вых условиях); 3) устойчивость час¬ тот наблюдаемых событий [875]. Применительно к оценке стрельбовых воз¬ можностей комплекса ВТО эти требования применимости вероятностных оценок да¬ леко не всегда соблюдаются. По крайней мере, никогда не следует забывать, что средство поражения ВТО есть объект управления, а поскольку оно принципиаль¬ но индивидуальное (конкретное), то ситуа¬ ция, связанная с применением ВТО, ни в коей мере не подпадает под перечисленные только что признаки стохастической си¬ туации. Однако вероятностный подход к оценке эффективности имеет ряд преимуществ [627]. 1. Такой расчет сопровождается меньшей долей субъективизма, чем при использовании свертки разнород¬ ных показателей. Это объясняется от¬ сутствием необходимости нормиров¬ ки и взвешивания показателей, при¬ чем важность задач, а соответственно, и вклад соответствующей вероятно¬ сти, могут быть учтены за счет изме¬ нения уровня требований, предъяв¬ ляемых к ее решению. 2. Сам расчет вероятности реше¬ ния частных задач средством (систе¬
мой), как правило, относительно не¬ сложен, вероятностные показатели наглядны, имеют ясный физический смысл, монотонно связаны с тактиче¬ скими характеристиками. 3. Соответствующие вероятност¬ ные методики оценки эффективности, как правило, узаконены соответст¬ вующими нормативными документа¬ ми. Они допускают сравнение раз¬ личных комплексов ВТО, «разнесен¬ ных» как во времени (старый - но¬ вый), так и пространстве (разный - одного типа). 4. Многие вероятности, исполь¬ зуемые в рамках такой методики оценки эффективности, непосредст¬ венно определяются контролируемы¬ ми «невероятностными» оценками, типа сигнал/шум, сигнал/помеха и т.п. (правда, только при серьезных допу¬ щений касательно вероятностной природы тех иди иных критериев, например, постулирование нормаль¬ ного или рэлеевского закона распре¬ деления). Как правило от сугубо вероятно¬ стной характеристики - функции правдоподобия удалется перейти к вполне аппаратурно и программно воплощаемой характеристике качест¬ ва приема - корреляционной функ¬ ции, особенно, когда ее определение предполагает замену усреднения по множеству на усреднение по времени. 5. Существуют эффективные техники интерпретации полученных оценок, например, с помощью логики Неймана-Пирсона. Анализ предло¬ женных к настоящему времени пока¬ зателей эффективности позволяет сделать вывод о том, что наиболее общим и удобным из них, пригодным для исследования эффективности лю¬ бых средств - элементов комплексов (систем) является все-таки вероят¬ ность выполнения ими своих функций в соответствующей операции. Пред¬ лагаемые далее характеристики эф¬ фективности в значительной степени используют вероятностные методы описания соответствующей неопреде¬ ленности. Например, вероятность пере¬ хвата ракетой цели - это вероятно¬ стная оценка цепи последовательно¬ сти событий, которые можно описать таким образом: 1 - обнаружение це¬ ли РУК, 2 - пуск ракеты, 3 - дости¬ жение ракетой необходимого рас¬ стояния (между ракетой и целью) для срабатывания радиовзрывателя, 4 - подрыв боевой части ракеты, 5 - уничтожение цели. Каждому пере¬ численному событию сопоставляется некая вероятность и считается (во¬ люнтаристски), что вероятность пе¬ рехвата определяется произведением указанных вероятностей. В силу принятых допущений, рассматривая наихудший для цели случай, полага¬ ем, что события 1, 2, 4, 5 безусловно выполняются, и их вероятности рав¬ ны единице. В таком случае вероят¬ ность перехвата цели равна вероят¬ ности 3. Величина вероятности попа¬ дания зависит от размеров цели, ее защищенности, величины рассеива¬ ния снарядов (ракет) и положения центра рассеивания относительно цели. Знание закономерности и ха¬ рактеристик рассеивания дает воз¬ можность еще до стрельбы оценить вероятность попадания в цель. ш т 264
Вероятность поражения цели за¬ висит от характера цели, количества и мощности боеприпасов, величины рассеивания снарядов (ракет) и дру¬ гих факторов. Вероятность поражения цели принимается в качестве показа¬ теля эффективности поражения от¬ дельных целей. Вероятности пораже¬ ния одиночной и групповой цели син¬ тезируются в такой характеристике, как надежность поражения - веро¬ ятность получения заданного резуль¬ тата поражения объекта (цели). А теперь приведем понятия, при¬ влекаемые при оценке эффективно¬ сти, используемые как при описании комплекса ВТО, так и при планирова¬ нии и свершении огневого удара. Модель удара - часть модели операции, описывающий способ бое¬ вого применения средств поражения ВТО в операции (бою). Используется для оценки эффективности воздейст¬ вия этих средств по объектам пора¬ жения противника. Как правило, мо¬ дель удара представляет собой мате¬ матическую модель, устанавливаю¬ щую зависимость показателей эффек¬ тивности воздействия по объектам поражения от качества средств пора¬ жения (могущества, точности, надеж¬ ности, защищенности и т.д.) и усло¬ вий его боевого применения (плана боевого применения, характеристик объектов поражения и действий про¬ тивника). Показатель эффективности боевого применения ВТО - мера сте¬ пени соответствия реального резуль¬ тата применения средств ВТО тре¬ буемому (желаемому) или количест¬ венная мера выполнения поставлен¬ ной задачи (поражения объекта с за¬ данными требованиями). В качестве показателей эффективности боевого применения могут использоваться ве¬ роятность поражения цели, математи¬ ческое ожидание ущерба, нанесенно¬ го цели; вероятность нанесения ущер¬ ба цели не менее заданного и др. Эффективность поражения це¬ ли - совокупность характеристик сте¬ пени поражения цели. Оценивается материальным ущербом, нанесенным цели, который выражается через ве¬ роятность поражения, математическое ожидание числа пораженных целей, гарантированный ущерб и другие по¬ казатели. Закон поражения цели - зависи¬ мость вероятности поражения цели от удаления центра (эпицентра) взрыва боеприпаса (координатный закон по¬ ражения). Закон поражения цели оп¬ ределяется уязвимостью отдельных целей, параметрами поражающих факторов взрыва боеприпаса и други¬ ми условиями применения боеприпа¬ сов (углом падения снарядов при на¬ земном взрыве, высотой разрыва сна¬ ряда, прозрачностью атмосферы и т.д.). Этот закон может отражать за¬ висимость вероятности поражения цели от действия одного или несколь¬ ких поражающих факторов. Степень поражения объекта: 1 - отношение количества выве¬ денных из строя целей к их общему числу в объекте (группировке); 2 - показатель, характеризующий результативность воздействия ком¬ плекса ВТО на объект противника; 3 - состояние объекта, характе¬ ризующееся тяжестью нанесенного 265 | if J
ему ущерба (уничтожен, выведен из строя, подавлен, дезорганизован). В качестве обобщающих показа¬ телей эффективности поражения объ¬ екта применяются: вероятность пора¬ жения объекта (цели); математиче¬ ское ожидание процента пораженных целей, входящих в состав объекта. Степень огневого поражения противника - степень снижения бое¬ вых возможностей группировки войск (сил) противника в результате огнево¬ го поражения. Характеризуется мате¬ матическим ожиданием снижения ве¬ личины боевого потенциала группи¬ ровки, математическим ожиданием величины безвозвратных потерь, ма¬ тематическим ожиданием процента пораженных объектов (целей), веро¬ ятностью поражения главной цели. Определяется отношением показате¬ лей состояния группировки после ог¬ невого поражения к ее начальному состоянию. Точность стрельбы (удара) - ве¬ роятностная оценка возможных по¬ ложений точек попадания (разрывов) боеприпасов (средств поражения) от¬ носительно точки прицеливания (це¬ ли, объекта). Тактико-технические показатели системы самонаведения ■ Функциональные возможности. ■ Управляемость. ■ Надежность. ■ Быстродействие. ■ Набор управляющих сигналов. ■ Помехозащищенность. ■ Полоса пропускания приемного устройства. ■ Наблюдаемость и т.п. Для информационно-вычислите¬ льной системы, входящей в структуру системы самонаведения, обычно ис¬ пользуют вероятность правильного обнаружения цели и ложной тревоги, параметры зоны обзора, точность и разрешающая способность, помехо¬ защищенность [399], надежность, ве¬ роятность распознавания фоноцеле¬ вой обстановки и т.п. Если система самонаведения использует данные ра¬ диоразведки, активно участвует в ве¬ дении РЭБ, то тактико-технические характеристики указанных средств выступают в качестве частных со¬ ставляющих эффективности системы самонаведения в целом. В свою очередь, эти показатели напрямую зависят от «более частных» показателей: параметры сигналов подсветки цели, характеристик на¬ правленности антенны, чувствитель¬ ности приемника, мощности передат¬ чика, полосы пропускания и коэффи¬ циента усиления тракта, возможности процессора сигналов. Для частных показателей обычно составляется ие¬ рархия, влияющая на оценку конеч¬ ных показателей. Как правило, среди частных показателей выделяют спе¬ циально такие, которые проявляются на всех этапах работы системы само¬ наведения, в отличие от тех, которые характеризуют лишь отдельные опе¬ рации. Примерами всеэтапных пока¬ зателей могут служить точность функционирования, помехозащищен¬ ность и надежность. Поскольку частные показатели эффективности зависят от времени и по разному влияют на эффективность функционирования всей системы са¬
монаведения, то достаточно часто ис¬ пользуют обобщенные показатели, именуемые также свертками, целевы¬ ми функциями или функционалами качества. В качестве критериев эф¬ фективности используют экстремаль¬ ные, ограничительные (пороговые), фиксирующие и смешанные крите¬ рии. Экстремальные критерии эф¬ фективности определяют правило, в соответствии с которым наилучшей считается система самонаведения, обеспечивающая экстремум опреде¬ ленных показателей. Ограничитель¬ ные критерии свидетельствуют о предпочтительности тех систем само¬ наведения, либо режимов их работы, в которых реализуются показатели не хуже заданных. Фиксирующие крите¬ рии требуют, чтобы обеспечивались показатели, равные заданным значе¬ ниям. Смешанные критерии пред¬ ставляют собой те или иные комбина¬ ции первых трех. В качестве экстремальных кри¬ териев для систем самонаведения ис¬ пользуют критерий максимума быст¬ родействия системы, критерий мини¬ мума ошибок самонаведения (прома¬ ха). Примером ограничительного кри¬ терия является правило, в соответ¬ ствии с которым ошибка самонаведе¬ ния не должна превышать эффектив¬ ного радиуса поражения ракеты. Примером фиксирующего критерия является критерий нулевого промаха или прямого попадания. В качестве смешанного критерия можно привес¬ ти критерий Неймана-Пирсона, тре¬ бующий обеспечения максимума ве¬ роятности выполнения задачи при фиксированных ресурсах. Конечные показатели качества систем самона¬ ведения базируются чаще всего на пороговых критериях, Оптимизация систем самонаведения ВТО и ВТО в целом по частным показателям ис¬ пользует экстремальные и ограничи¬ тельные критерии [178]. Пример оценки эффективности В качестве примера рассмотрим кри¬ териальное правило выбора решения, кото¬ рому следуют в АО «НПП «Радар ммс», ко¬ гда нужно прикинуть - стоит ли или нет проводить модернизацию той или иной сис¬ темы самонаведения. Другими словами, описываемая методика применима в рамках только экстенсивного пути развития систем самонаведения. Создание качественно но¬ вых систем самонаведения должно сопро¬ вождаться более глубоким анализом эффек¬ тивности. Основными показателями при такой прикидке выступают эффективность вы¬ полнения задачи поражения и стоимость (затраты) на выполнение этой задачи. При этом эффективность выполнения задач по¬ ражения цели в соответствии с канонами теории эффективности задается двумя глав¬ ными показателями: вероятностью пораже¬ ния и величиной нанесенного ущерба. Для принятия решения о модернизации системы самонаведения необходимо оценить, преж¬ де всего, стоимость выполнения задачи по¬ ражения. Выработка требований к стоимости модернизируемых систем самонаведения может быть проведена на основе оценки снижения затрат, необходимых для выпол¬ нения задачи поражения с заданной эффек¬ тивностью «будущими» системами самона¬ ведения по сравнению с существующими (штатными). В качестве показателя эффективности выполнения задачи избирательного пора¬
жения используется отношение ущерба, на¬ несенного с заданной (требуемой) вероят¬ ностью объекту противника, к затратам на выполнение задачи поражения. Он оценива¬ ется по формуле (3.8) где Wn - показатель эффективности выпол¬ нения задачи избирательного поражения; Су - величина ущерба, наносимого объекту противника с заданной вероятностью, уел. ед.; Рвз - вероятность выполнения задачи поражения цели (нанесения объекту ущерба величиной Су); Свз - затраты на выполне¬ ние задачи поражения цели, уел. ед. В предлагаемой методике сравнение эффективности выполнения задачи пораже¬ ния с использованием разрабатываемых и существующих (штатных) систем самона¬ ведения может осуществляться по каждой поражаемой цели из совокупности всех возможных целей. Критерием эффективности создания в процессе разработки новых систем самона¬ ведения является следующее условие: (3.9) где Рвг(шт) и Рю(рб) - вероятность выполне- ния задачи поражения цели боеприпасами с штатными и модернизируемыми (разраба¬ тываемыми) системами самонаведения; Су(шт) и Су(рб) - ущерб, наносимый объекту противника при применении боеприпасов со штатными и разрабатываемыми систе¬ мами самонаведения, уел. ед.; Свз(шт) и СВЗ(рб) “ затраты на выполнение задачи по¬ ражения цели боеприпасами со штатными и разрабатываемыми системами самонаведе¬ ния, уел. ед. В дальнейшем индексы шт и рб соот¬ ветствуют штатным и разрабатываемым системам самонаведения. В общем случае вероятность выпол¬ нения задачи Рвз с учетом противодействия противника применению средств поражения оценивается по формуле рвз=рпор(1-рпр)+р;оррпр, (зло) где Рпор - вероятность поражения цели с использованием боеприпасов, оснащенных штатными или разрабатываемыми система¬ ми самонаведения при отсутствии проти¬ водействия со стороны противника; Рпр - вероятность организации противодействия применению средств поражения со штат¬ ными или разрабатываемыми системами самонаведения; Р*ор - вероятность пора¬ жения цели средствами поражения со штатными или разрабатываемыми систе¬ мами самонаведения в условиях противо¬ действия. После несложных преобразований по¬ лучается следующее выражение для опре¬ деления вероятности выполнения задачи поражения цели с применением штатных и разрабатываемых систем самонаведения: Лз^порО-ЛфО, (3-11) где кт - коэффициент, характеризующий возможное снижение вероятности пораже¬ ния цели в условиях противодействия про¬ тивника. Коэффициент ксн , характеризующий возможное снижение вероятности пораже¬ ния объекта с применением сравниваемых систем самонаведения в условиях противо¬ действия, рассчитывается по формуле (3.12) Задачами поражения цели могут быть ее уничтожение, подавление или дезорганиза¬ ция с требуемой вероятностью Pw. Дан¬ ным задачам соответствует свой необходи¬ мый (требуемый) уровень ущерба, наноси¬ мого цели Cw. В зависимости от этого бу¬ 268 я
дет изменяться расход (количество) бое¬ припасов N, выделяемых (назначаемых) для выполнения задачи поражения. Предусматривается, что сравнение эффективности выполнения задачи пораже¬ ния в результате применения штатных и разрабатываемых систем самонаведения производится для одной и той же задачи поражения однотипной цели при одних и тех же конечных результатах их примене¬ ния. Для этого случая равной результатив¬ ности применения штатных и разрабаты¬ ваемых систем самонаведения справедливы следующие выражения: Тогда задача принятия решения о це¬ лесообразности создания новых образцов систем самонаведения решается в рамках критерия стоимости. С учетом выражений (3.11)—(3.13) критерий эффективности (целесообразно¬ сти) создания в процессе разработки новых систем самонаведения (3.9) через стоимость выполнения задачи поражения Свз принима¬ ет следующий вид: Затраты на выполнение задачи пора¬ жения цели Свз с применением как штат¬ ных, так и разрабатываемых систем самона¬ ведения складываются из: стоимости расхо¬ да (выпущенных по цели) ракет (боеприпа¬ сов) Сбпр; затрат на применение систем са¬ монаведения Qe 9 ущерба Сов, обусловленного огневым воздействием про¬ тивника на формирование, выполняющее задачу поражения согласно выражению: СВз=Сбпр+Соб+Сов. (3.15) Ущерб, обусловленный огневым воз¬ действием противника на формирование, выполняющее задачу поражения, может быть сведен к минимуму (в идеале к нулю) путем принятия соответствующих мер, на¬ правленных на обеспечение живучести данных формирований (например, за счет сокращения времени выполнения задачи поражения, применения подразделений или средств по маневренно-огневой схеме и т.п.). Поэтому, как правило, в прикидоч- ных расчетах принимается допущение с„в*о. С учетом вышеизложенного, затраты на выполнение задачи поражения цели в общем случае определяются по формуле: где Соб - затраты на обеспечение боевого применения, уел. ед.; Сбпр - стоимость бое¬ вого применения, усл.ед.; N - назначенный расход (выделенное количество) ракет для выполнения задачи поражения, шт. Произведение C6npN представляет собой стоимость расхода (выделенного ко¬ личества) применяемых средств поражения. Затраты на обеспечение применения средств поражения рассчитываются как сумма затрат на: разведывательно¬ информационное обеспечение Срио, вклю¬ чающее добывание разведывательных све¬ дений о цели средством (комплексом, орга¬ ном) разведки и их обработку в интересах последующего поражения с применением указанных средств поражения; тыловое обеспечение Стыл; техническое обеспече¬ ние Стех по формуле: Величина Срио оценивается следую¬ щим образом: удовлетворяет Г2рд; если Урд не удовлетворяет Q ,
где Крд - совокупность разведывательных данных о цели, получаемых средством (комплексом) разведки; Орд - совокупность требований к разведывательным данным о цели и каналам их получения в интересах ее поражения; Ср - стоимость однократного применения средства (комплекса) разведки, привлекаемого в интересах применения средств поражения с системой самонаведе¬ ния, уел. ед.; Собр - стоимость однократно¬ го использования средства обработки раз¬ ведывательных данных о цели (подготовки эталонов, специального информационного обеспечения для ВТО и т.п.) в интересах применения средств поражения, усл.ед. Величины Ср и Собр могут быть оце¬ нены с использованием следующего выра¬ жения: ВТО и расходуемых средств поражения (стоимость топлива, амортизацию подвиж¬ ного состава, его обслуживание и ремонт). Расходы Стех на техническое обеспечение применения комплекса ВТО включают за¬ траты на подготовку и использование необ¬ ходимого количества вооружения, военной техники и контрольно-проверочной аппара¬ туры для выполнения задачи поражения, а также их обслуживание и ремонт после применения. Обычно Стыл и Стех значительно меньше других составляющих рассматри¬ ваемых затрат, поэтому можно принять до¬ пущения: где Ск - стоимость комплекса разведки (обработки разведывательных данных), уел. ед.; R3 - технический ресурс, вырабаты¬ ваемый комплексом разведки или обработ¬ ки разведывательных данных при решении типовой разведывательной (информацион¬ ной) задачи (км, пусков, вылетов, суток, ча¬ сов); /?общ - общий технический ресурс, установленный для комплекса разведки или обработки разведывательных данных (км, пусков, вылетов, суток, часов); упр - часть (доля) технического ресурса, вырабатывае¬ мого комплексом разведки (обработки раз¬ ведывательных данных) при решении типо¬ вой разведывательной (информационной) задачи в интересах поражения целей, 0 < у <1 / пр — 1 * Для специализированного, например, невозвращаемого комплекса разведки или обработки разведывательных данных, вы¬ полняющего задачу исключительно в инте¬ ресах поражения целей, ynp = 1. Расходы Стыл на тыловое обеспечение включают затраты на доставку комплекса С учетом (3.20), подставляя выраже¬ ния (3.14) и (3.13) в (3.11) и произведя не¬ сложные преобразования, получим сле¬ дующее условие эффективности модерни¬ зации систем самонаведения: C*SC„i«.x iVp6 где So6(uir) и ^об(рб) - относительные затра¬ ты на обеспечение применения штатных и разрабатываемых систем самонаведения (по отношению к стоимости их расхода для вы¬ полнения задачи поражения), определяемые по формулам: Учитывая современные тенденции на создание управляемого ВТО, можно ожи¬ дать, что разрабатываемые системы самона¬ ведения будут в большей степени по срав¬ нению со штатными системами использо¬ вать информационный ресурс разведыва¬ тельных данных о целевой обстановке. По¬
этому можно полагать, что справедливо не¬ равенство: При выполнении задачи поражения с помощью штатных систем самонаведения справедливо неравенство: Тогда требование к стоимости модер¬ низируемых систем самонаведения (3.21) с учетом (3.24) примет вид: Правая часть неравенства (3.25) пред¬ ставляет собой максимально допустимую стоимость разрабатываемых систем самона¬ ведения Сдоп. Она зависит от четырех со¬ ставляющих. Первый множитель представ¬ ляет собой стоимость штатной системы са¬ монаведения. Второй множитель характери¬ зует снижение расхода средств поражения на выполнение задачи поражения за счет применения более совершенных систем са¬ монаведения. Третий множитель характери¬ зует увеличение относительных затрат на обеспечение применения разрабатываемых систем самонаведения в стоимости выпол¬ нения задачи поражения. Четвертый мно¬ житель характеризует возможность проти¬ водействия противника применению систем самонаведения. Если фактическая (закупочная) стоимость разрабатываемых систем самонаведения не превысит Сдоп , то их создание и примене¬ ние целесообразно как с военной, так и экономической точек зрения. В противном случае затраты на выполнение задачи по¬ ражения целей будут превышать аналогич¬ ные затраты при применении штатных сис¬ тем самонаведения и, следовательно, их создание и применение с экономической точки зрения будет нецелесообразно. Координатный закон поражения Координатный закон поражения определяет зависимость между веро¬ ятностью избирательного поражения цели и положением (координатами) точки разрыва боеприпаса относи¬ тельно заданной точки на цели (про¬ маха). К «услугам» координатного за¬ кона поражения нужно прибегать в тех случаях, когда для избирательно¬ го поражения цели не требуется обя¬ зательного прямого попадания в нее, т.е. координатное поражение сво¬ дится к доставке средства пораже¬ ния в заданную точку окружающего цель пространства, в том числе и на поверхность цели. Порядок определения закона 1. Устанавливается понятие «из¬ бирательное поражение цели», то есть определяют перечень повреждений, выводящих из строя цель на время, не менее заданного. 2. Устанавливается, какие пора¬ жающие факторы данного боеприпаса оказывают воздействие на поражение данной цели. 3. Определяются параметры по¬ ражающих факторов. 4. В ходе натурных эксперимен¬ тов определяют закономерности рас¬ пределения в пространстве парамет¬ ров поражающих факторов. *4 271
5. Наиболее трудоемким этапом работы является определение зависи¬ мости вероятности избирательного поражения цели от величины воздей¬ ствующего поражающего фактора. Эта зависимость в теории стрельб на¬ зывается функцией поражения. Функцию поражения оценивают в хо¬ де специальных натурных или мо¬ дельных экспериментов. 6. Совмещение функции избира¬ тельного поражения и закономерно¬ сти распределения в пространстве па¬ раметра поражающего фактора по¬ зволяет рассчитать координатный за¬ кон поражения. В качестве числовой характери¬ стики координатного закона пораже¬ ния используется величина приведен¬ ной зоны поражения, которую при¬ меняют при оценке эффективности стрельбы и ракетных ударов. Цель считается избирательно пораженной, если точка падения снаряда или раке¬ ты находится в пределах приведенной зоны поражения. Координатный закон поражения характеризует действие отдельно взятого боеприпаса по цели данного характера. Он получается в предположении, что на цель разрывы других снарядов и ракет не оказывают никакого влияния, то есть эффект группового действия боеприпасов полностью отсутствует. Числовой закон поражения ха¬ рактеризует вероятность избиратель¬ ного поражения цели в зависимости от числа попаданий ракет (снарядов) в цель, или в ее уязвимые элементы. В отличие от координатного закона по¬ ражения числовой закон действует тогда, когда цель поражается только при прямом попадании одного или нескольких боеприпасов, например, при стрельбе на разрушение оборони¬ тельного сооружения. Иногда при оценке эффективности избирательно¬ го поражения сложных целей или ин¬ женерных сооружений, рассматрива¬ ется координатно-числовой закон по¬ ражения, в котором учитывается не только число попаданий в цель, но и зоны (отсеки) в которые попала цель. Числовой закон устанавливается по результатам экспериментальных стрельб, хотя, конечно, сейчас здесь по технологии computer science осу¬ ществляется соответствующий ими¬ тационный эксперимент, учитываю¬ щий весь предшествующий опыт про¬ ведения экспериментальных стрельб. При поражении сложных целей, на¬ пример, авианосца в ходе натураль¬ ных или имитационных эксперимен¬ тов оценивают живучесть отдельных элементов, а затем в процессе имита¬ ционного моделирования прогнозиру¬ ется боеспособность корабля в целом на заданное время [880]. В качестве характеристик число¬ вого закона поражения используется математическое ожидание числа по¬ паданий в цель, обеспечивающего не- боеспособность ее на заданное время. Другой очень информативной харак¬ теристикой числового закона пораже¬ ния цели выступает приведенная площадь цели, которая учитывает размеры цели и величину допустимо¬ го промаха. Естественно, что при оценке эффективности ВТО, непо¬ средственно влияющей на оценку эф¬ фективности системы самонаведения, нужно также учитывать совместное 272
действие поражающих факторов раз¬ личной природы, группового дейст¬ вия (эффекта группового действия). Самое главное, что нужно для оценки эф¬ фективности именно системы самонаведе¬ ния, это понимание того, что между прома¬ хом и координатным законом избиратель¬ ного поражения цели существует довольно жесткая закономерность, которая, правда, из-за различных неопределенностей в оценке уязвимости цели должна описы¬ ваться статистически (вероятностно). Сис¬ тема самонаведения обеспечивает промах, а вкупе с боеприпасом - закон избиратель¬ ного поражения. Методы наведения ракет на цель Осуществление процессов наведения и самонаведения требует математического описания траекторий ракет - носителей систем управления полетом. Очевидно, что для решения задач управления движением ракеты необходимы сведения о ее текущем местоположении и параметрах движения. Такое описание требует знания числа сте¬ пеней свободы ракеты, как объекта управ¬ ления, а также числа и вида уравнений свя¬ зи и ограничений, накладываемых на ее движение. Полное описание полета ракеты достаточно громоздко. Однако бортовое оборудование (система самонаведения) со¬ временных управляемых ракет позволяет полностью определять положение и пара¬ метры движения ракеты в пространстве [514]. В классических методах самонаведе¬ ния используется информация только о ско¬ рости цели относительно ракеты [614], хотя номенклатура оцениваемых координатных характеристик цели и ракеты постоянно на¬ растала, достигнув отмеченного сегодняш¬ него уровня, когда оценивать в принципе можно все требуемые координатные харак¬ теристики. Существуют, однако, различные формы таких описаний, и это объясняется спецификой конкретных задач, для решения которых они предназначались. Необходимые информационные пара¬ метры траекторного наведения формируют¬ ся в процессоре системы самонаведения пу¬ тем решения кинематических уравнений относительного движения. Эти уравнения решаются на основе обработки результатов измерения параметров собственного движе¬ ния ракеты при условии принятия вполне определенной гипотезы движения цели по состоянию на определенный момент време¬ ни. Несоответствие реального движения це¬ ли выбранной гипотезе при неучтенных в информационной платформе изменяющихся условиях наведения из-за того, что цель ак¬ тор (маневр цели, организация противодей¬ ствия наведению и т.п.) приводит к появле¬ нию ошибок наведения, при которых не¬ возможно прицеливание и захват цели. Захват цели происходит на тех дально¬ стях, где цель разрешается по углам, дально¬ сти и скорости, что означает переход на ав¬ тосопровождение по всем доступным для системы самонаведения фазовым координа¬ там. В результате информационного контак¬ та системы самонаведения и цели в рамках радиолокационного канала на входе инфор¬ мационной платформы ракеты присутствует сигнал от цели, несущий всю доступную ин¬ формацию о ее фазовых координатах. Кана¬ лы оценивания координатных характеристик цели на основе информации, извлекаемой из оптического сигнала от цели, непрерывно формируют оценки требуемых информаци¬ онных характеристик для траекторного управления, необходимых для реализации выбранного метода наведения. Исходя из за¬ данных критериев, выбирается траектория и соответственно требуемая зависимость ди¬ намики управления от координат.
Очевидно, что основным компонентом фазового пространства для системы само¬ наведения выступает координатное про¬ странство. Это фазовое пространство рас¬ ширяют для представления динамики раке¬ ты с учетом процедур управления. Состоя¬ ние ракеты, как объекта радиоуправления со стороны системы самонаведения, оцени¬ вается фазовыми координатами х^ (раз¬ мерность их определяется выбором числа конкретных координат), которые включают в себя координаты пространственного по¬ ложения, углы визирования цели, атаки, крена, скольжения ракеты, линейные и уг¬ ловые скорости и ускорения, характеристи¬ ки функционирования бортовых радио¬ средств и т.п. Аналогичным образом могут быть введены фазовые координаты цели xtg, причем как абсолютные, так и относи¬ тельные (относительно самонаводящейся ракеты). Теперь можно следующим образом дать еще одно определение методу самона¬ ведения, под которым понимается закон формирования информационной платфор¬ мой ракеты требуемой фазовой траектории (в фазовом пространстве, где имеются фа¬ зовые координаты для состояния системы самонаведения и оружия), наведение по ко¬ торой позволит ракете избирательно пора¬ зить цель. В этот закон формирования при неавтономном самонаведении может вхо¬ дить процедура составления образа цели и наведение по нему. Правило формирования управляющих сигналов, именуемых также параметрами рассогласования, по которому определяется несоответствие реальных фа¬ зовых координат ракеты xfl их требуемым значениям xdm, называется алгоритмом траекторного наведения. Параметры рассогласования форми¬ руются по правилу Дг = ±(ха ~xdmi), где / определяет число управляющих сигналов, а знак плюс используется при анализе режи¬ ма самонаведения самолетов, а минус - ра¬ кет. Чаще всего учитывается только два сигнала управления, соответствующие формированию двух взаимно ортогональ¬ ных плоскостей управления, в которых раз¬ мещаются рулевые органы. Если такое ог¬ раничение на число управляющих сигналов в силе, то индекс i, как правило, заменяет¬ ся на h или v, что соответствует управ¬ ляющим сигналам в горизонтальной и вер¬ тикальной плоскостях. Для любого метода самонаведения может быть построена фазовая траектория: движение нематериальной точки - ракеты по отношению к движению другой немате¬ риальной точки - цели. Безусловно, что за¬ дачи формирования траекторий (кинемати¬ ческих и динамических), а также анализа фактической траектории - принципиально трехмерны. Это требует громоздкого опи¬ сания и представления. Нам же в этой книге нужно оценить идею, заложенную в том или ином методе формирования траекторий, для чего достаточно рассмотрение двумерного случая, т.е. будем рассматривать движение ракеты в одной плоскости. Учет инерцион¬ ности ракеты и цели дает возможность по¬ строить динамическую траекторию в фазо¬ вом пространстве. Фактическая траектория ракеты определяется влиянием шумов и помех, которые воздействуют на замкнутый контур управления. При всех двухточечных методах наве¬ дения на ракете должен быть пеленг цели, для которого мы будем использовать при¬ нятое «угловое» обозначение фазовой коор¬ динаты ф, определяющий угловое положе¬ ние цели относительно продольной оси ра¬ кеты. При прямом наведении продольная ось ракеты должна быть всегда направлена на цель. Следовательно, требуемые значе¬ ния бортовых пеленгов должны быть равны нулю: </>dmh=<pdmv=0. Иногда этот метод называется методом погони. Правда, при методе погони обычно считают, что не про¬ дольная ось ракеты, а ее вектор скорости в процессе наведения должен быть направлен на цель. Данный метод может применяться для наведения на неподвижную или мед¬ ленно движущуюся цель и при отсутствии
бокового ветра. Преимуществом метода прямого наведения являются его инвари¬ антность к дальности наведения и высоте полета цели и ракеты, а также простота со¬ ответствующего устройства самонаведения, представляющего простой угломер, фикси¬ рующей в собственной системе координат пеленги на цель (frtgh и (j)tgv. Для определе¬ ния курса ракеты не требуется знания пара¬ метров движения цели, достаточно изме¬ рять ее координаты относительно ракеты, то есть ее информационными сенсорами. Этот метод гарантирует практически прямолинейную траекторию наведения при любых ракурсах наблюдения неподвижной цели. Однако при наличии бокового ветра траектория ракеты может искривляться за счет его сноса. Причиной искривления яв¬ ляется тот факт, что мгновенное направле¬ ние взаимного перемещения цели и ракеты, определяемой вектором относительной ско¬ рости, в основном не совпадает с направле¬ нием на цель. Кривизна траектории полета наводимого средства тем больше, чем меньше скорость этого средства и больше скорость бокового ветра. Если перехват цели осуществляется из задней полусферы, то кривизна траектории будет незначительной и ракета сможет вы¬ полнять маневры с допустимыми попереч¬ ными перегрузками. Если же перехват вы¬ полняется из передней полусферы, то на конечном участке траектории ракета все равно должна быть выведена в режим на¬ блюдения для задней полусферы. При этом кривизна траектории может потребоваться настолько большой, что выполнить такой разворот ракеты в допустимом диапазоне поперечных перегрузок невозможно. В ре¬ зультате либо будут иметь место недопус¬ тимо большие ошибки наведения, либо ра¬ кета разрушится при движении по заданной траектории. При совмещении на движущиеся цели прямой метод обеспечивает полет наводи¬ мого аппарата по криволинейной траекто¬ рии - кривой погони. Такой метод требует применения флюгера для определения в двух плоскостях соответственно угла скольжения и угла атаки, т.е. определения положения вектора скорости наводимого аппарата относительно его продольной оси. Недостаток - низкая точность наведения из- за больших поперечных перегрузок, испы¬ тываемых ракетой в конце траектории поле¬ та даже при наведении на неподвижные це¬ ли, поскольку траектории при наведении по кривой погони на поперечных или встреч¬ но-поперечных курсах имеют возрастаю¬ щую кривизну по мере приближения к цели. Трехточечный метод теленаведения, называемый также методом совмещения, основывается на «размещении» ракеты в процессе ее наведения на прямой линии, со¬ единяющей пункт управления с целью. Этот метод часто называют накрытием цели. При движении по методу «Параллель¬ ное сближение» ракета перемещается прямо в точку встречи с целью, таким образом, чтобы угловая скорость вращения линии визирования должна быть равна нулю. Здесь линия цели rhdt перемещается парал¬ лельно самой себе, то есть ее угловая ско¬ рость в фиксированной (невращающейся) системе координат равна нулю: где ф - угол, образуемый вектором Xhdt с фиксированным направлением N. Здесь угол упреждения является пере¬ менным, зависящим от расстояния до цели. При таком методе наведения не требуется измерять вектор скорости движения цели и определять ее упреждаемое положение. Вектор скорости цели изменяет угловое по¬ ложение линии визирования Thdt в про¬ странстве, точнее, тангенциальные состав¬ ляющие вектора скорости цели и угловое положение линии визирования. Для реализации параллельного сбли¬ жения необходимо определить производ¬ ную от угла (j)hdt и пропорционально этой производной так изменять положение век¬ тора скорости ракеты, чтобы линия визиро¬
вания цели перемещалась параллельно са¬ мой себе. При этом система самонаведения усложняется добавлением системы гиро¬ скопов, которые еще на старте фиксируют угловое положение линии визирования. Этот метод называют иногда также методом последовательных упреждений, так при выполнении условия (3.26) вектор скорости ракеты оказывается в каждый мо¬ мент времени направленным в упрежден¬ ную точку, соответствующую этому момен¬ ту времени. При этом упрежденной точкой называется точка, в которой ракета и цель встретились бы, если векторы их скоростей ракеты и цели в дальнейшем оставались не¬ изменными. Нетрудно сосчитать значение /30 угла упреждения j3, соответствующего направ¬ лению вектора ракеты Vji в упрежденную точку: Это соотношение называется услови¬ ем идеального упреждения. Ошибка упреж¬ дения: АР = Р-Ро (3-28) связана с угловой скоростью линии визиро¬ вания цели соотношением: (3.30) При VtgjVfl< 0,5 получается cos /?0 = = 1 и, следовательно, откуда следует, что при наведении по мето¬ ду параллельного сближения параметром рассогласования, характеризующим откло¬ нение ракеты от правильного полета на цель, может являться ошибка упреждения л п Лф Ар или угловая скорость — линии визи- dt рования цели. Для этого обычно использу¬ ют оптикоэлектронную систему, измеряю¬ щую ф с гиростабилизированной, но под¬ вижной относительно корпуса ракеты ан¬ тенной. Траектории полета ракеты при методе па¬ раллельного сближения имеют значительно меньшую кривизну, чем при наведении по кривой погони. Точность наведения на бы¬ стролетящие и маневрирующие цели при этом высокая. Перегрузки ракеты пример¬ но равны перегрузкам маневрирующей це¬ ли. Если цель не маневрирует, то ракета движется по прямой линии. При методе пропорционального наве¬ дения требуемое поперечное ускорение 2 (перегрузка iij 2) в плоскости управления должно быть пропорционально угловой скорости ЛИНИИ визирования Щ2 И скоро¬ сти сближения у с1 ракеты с целью: а1,2 =ДГ0vc/^,2 > П, 2 = — Vc,^2 , (3.31) g где N0 - навигационный параметр (безраз¬ мерный). Чаще всего ус1 и соХ2 оценивают¬ ся радиолокационными и оптикоэлектрон¬ ными датчиками (автоселектором скорости и угломером), а ускорения - акселеромет¬ рами плоскостей управления. Основными признаками этого метода является всера- курсность, практически прямолинейная тра¬ ектория наведения и всевысотность. Серьезным недостатком метода про¬ порционального наведения является плохая управляемость ракетой на больших дально¬ стях из-за того, что первоначальные ошибки прицеливания (целеуказания) не будут уст¬ раняться. Чем больше навигационный параметр N0, тем прямолинейнее траектория полета ракеты, больше дальность действия борто¬ вой радиоэлектроники при том же запасе топлива. Вместе с тем в ходе самонаведения
параметр N0 трансформируется в ошибки наведения (промахи). При N0 = 3 траекто¬ рия наведения становится практически пря¬ молинейной. При таких значениях парамет¬ ра гарантируется также устойчивое наведе¬ ние при любых ракурсах перехвата. При самонаведении на маневрирую¬ щие цели обычно применяют варианты ме¬ тода пропорционального наведения со сме¬ щением. Здесь алгоритм траекторного наве¬ дения выбирается по правилу Д1,2 =ЛГ0Ус/(®1,2 + Д®1,2)-а1,2 > С3-32) где - измеряемые комплексным уг¬ ломером приращения угловой скорости ли¬ нии визирования, обусловленные маневром цели. В определенной мере сопровождение цели угломером гарантирует метод наведе¬ ния с постоянным углом упреждения, где параметр рассогласования вычисляется по правилу ^1,2 = кф(Ф[, 2 + Йк/1,2) • (3.33) Здесь <j>adl 2 ~ допустимые углы визирова¬ ния, при которых маневр цели не приводит к срыву сопровождения по направлению. Очень часто эти углы выбираются пропорциональными угловым скоростям линии визирования: фа^2 =^1,2^,2 • ® этом случае говорят о реализации метода погони с дополнительным углом упреждения. Здесь неотъемлемым элементом контура наведе¬ ния также является угломер, формирующий оценки ф\ 2 и Ща • В настоящее время системы самонаве¬ дения часто использует технику расширен¬ ной пропорциональной навигации по экст¬ раполирующей, адаптивно к шумам и зави¬ сящей от дальности схеме. Здесь угловая скорость линии визирования преобразуется в ускорение системы самонаведения, транс- версальное к линии визирования. Измерение параметра рассогласования при наведении ракеты по методу пропорцио¬ нальной навигации осуществляется коор¬ динатором, который содержит два типа из¬ мерителей. Один из них представляет угло¬ мер, измеряющий угловую скорость линии ракета-цель, а второй является измерите¬ лем угловой скорости вращения вектора скорости ракеты. Такой измеритель может быть выполнен на базе датчика нормаль¬ ных ускорений (акселерометра). Метод «Перехват» отличается от ме¬ тода «Параллельное сближение» заданием конечной дальности до цели, которая опре¬ деляется рассчитанным на пункте управле¬ ния ракурсом атаки цели, характеристиками применяемого вооружения и методами на¬ ведения ракеты на цель. Основными достоинствами трех по¬ следних методов наведения являются наве¬ дение ракеты в заданную точку за мини¬ мальное время по прямолинейной траекто¬ рии, а также тот факт, что перегрузки раке¬ ты не превышают перегрузки атакуемой це¬ ли в случае ее маневрирования. Требованию вывода ракеты в заданное относительно цели положение отвечает ме¬ тод наведения «Маневр». Метод «Маневр» позволяет с учетом известных ограничений характеристик применяемой системы само¬ наведения выводить ракету на конечный прямолинейный участок траектории, кото¬ рый составляет такой угол с траекторией полета цели (заданный угол), при котором отсутствуют ограничения системы самона¬ ведения по эффективному обнаружению и захвату цели. Вывод на конечный участок наведения по методу «Маневр» осуществляется в два этапа. На первом этапе - на прямолинейном участке траектории - решается задача вы¬ вода ракеты в точку, затем из которой (на втором этапе) по траектории, соответст¬ вующей дуге окружности с рассчитанным на пункте управления радиусом, за наи¬ меньшее время ракета выводится в наивы¬ годнейшее положение относительно цели для ее атаки (заданный угол). 277
Перечисленные методы наведения вы¬ водят ракету в произвольное положение от¬ носительно цели. Существующие ограниче¬ ния некоторых тактических характеристик систем самонаведения (по дальности дейст¬ вия, зонам поиска и обзора, эффективности обнаружения на фоне земли, ракурсам об¬ наруживаемых целей и т.д.) приводят к не¬ обходимости выводить ракетоносец с РУК в зону, из которой производятся более эффек¬ тивные обнаружение и захват цели борто¬ вой системой самонаведения, а затем пуск ракет. Независимо от метода наведения траектор- ное наведение ракеты осуществляется по данным, поступающим по командной ра¬ диолинии управления (система радиосвязи) с пункта управления и информирующим о заданном курсе.
4 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Специфика онтологии оптикоэлектронных РУК и систем наведения Системы самонаведения, функ¬ ционирующие в оптическом диапазо¬ не, в первую очередь должны рас¬ сматриваться как оптические системы дистанционного наблюдения за объ¬ ектами, которые являются или могут стать целями. Физика пока предлагает только один механизм такого наблю¬ дения, фиксируя изменения в элек¬ тромагнитном поле оптического диа¬ пазона, которые непосредственно связаны с наблюдаемым объектом. Такие изменения могут быть собст¬ венными (есть объект - есть поле, нет объекта - нет поля) или проявлять се¬ бя как возмущения в существующем (в том числе, специально сформиро¬ ванном) оптическом поле от присут¬ ствия объекта. В первом случае гово¬ рят, что объект излучает, во втором - рассеивает существующее вокруг не¬ го поле. Если рассеяние описывается изменением лучевой структуры поля, то его часто называют отражением. Излучая или рассеивая электромаг¬ нитное поле радиодиапазона, дейст¬ вуют радиолокационные системы. Оптические системы наблюдения
функционируют по радиолокацион¬ ным технологиям соответственно в оптическом диапазоне. Соответствующие системы на¬ блюдения, функционирующие в оп¬ тическом диапазоне, относят к опти¬ коэлектронным средствам [540, 264, 446, 632]. В подобных системах прак¬ тически сразу же (на входе системы) принятый оптический сигнал транс¬ формируется в электрический, после чего действует весь накопленный в радиоэлектронике и информатике ар¬ сенал технологий и технических ре¬ шений, качественно улучшающих функциональные возможности систе¬ мы самонаведения. Основные типы оптикоэлектронных средств [328, 329,718, 446] ■ Телевизионные. ■ ИК [358, 790]. ■ Оптиковизуальные. ■ Лазерные [480, 437, 900]. Применительно к системам са¬ монаведения это говорит о фактиче¬ ском объединении в один класс сис¬ тем, осуществляющих как автоном¬ ное, так и неавтономное наведение, если следовать классификации систем самонаведения (см. гл. 2). Часто в этом контексте заявляют об оптико¬ электронных обзорно-прицельных системах, включающих в свой состав телевизионный или/и тепловизион- ный визирный канал, лазерный целе- указатель-дальномер, устройства ав¬ томатического слежения за наземной целью (телевизионные или теплови- зионные автоматы). К оптикоэлек¬ тронным системам самонаведения следует также отнести системы, ис¬ пользующие лазерные или волоконно- оптические сенсоры, прежде всего, гироскопы. Телевизионный канал системы самонаведения должен быть универ¬ сальным и обеспечивать круглосу¬ точную работу. Фотоприемный тракт необходимо формировать с использо¬ ванием твердотельных приборов, что существенно облегчит взаимную при¬ вязку каналов. Должна быть обеспе¬ чена также в рамках систем самона¬ ведения унификация выходных ха¬ рактеристик видеосигналов телевизи¬ онного и тепловизионного каналов. Основные функциональные ха¬ рактеристики оптикоэлектронных систем, входящие в структуру ком¬ плекса ВТО и зависящие, прежде все¬ го, от свойств используемых прием¬ ных каналов (приемников, фотопри- емного тракта): ■ Быстродействие. ■ Чувствительность. ■ Помехозащищенность. ■ Динамический диапазон. ■ Способность работать со слож¬ ными по структуре (например, модулированными) сигналами. ■ Точность угловых и линейных измерений. ■ Массогабаритные характеристики. ■ Стоимость. Получаемые с помощью оптико¬ электронных систем изображения в значительной степени воспроизводят структуру визуальных картин, а по¬ тому здесь непосредственно приме¬ нимы технологии обработки и транс¬ ляции оптических изображений [354]. Конечно, более изощренными по сравнению с оптикоэлектронными
системами самонаведения в техниче¬ ском отношении являются оптико¬ электронные РУК (оптические сред¬ ства (лидары, бинокли, оптические дальномеры, артиллерийские стерео¬ трубы, перископы, буссоли и др.)); тепловизоры; приборы ночного виде¬ ния; лазерные дальномеры и целеука- затели-дальномеры; телевизионные средства разведки и др. Применительно к ВТО лазерные системы наблюдения фоноцелевой обстановки, входящие в структуру систем самонаведения, называются лидарами. Наземные оптикоэлектронные РУК комплексов ВТО (точнее, теле- тепловизионные каналы) сегодня все чаще разрабатывают в виде двухспек¬ тральных систем, включающих в себя оптические модули, модули обработ¬ ки видео- и ИК-изображений, модули управления и сопряжения [684]. Как правило, специально таким оптико¬ электронным системам дается функ¬ циональная их характеристика - по¬ исковые, прицельные или поисково¬ прицельные. Естественно, что в таких РУК полученные изображения пре¬ терпевают достаточно серьезную цифровую обработку [3]. Здесь поя¬ вилось довольно своеобразное поня¬ тие яркостного портрета изображе¬ ния, которое, впрочем, полностью ха¬ рактеризует идеи технологии совер¬ шаемой обработки изображений. Яр¬ костями портрет изображения - трехмерная функция отображения яр¬ кости каждого пикселя изображения. В свою очередь, энергетическая яр¬ кость - физическая величина, равная отношению потока излучения в неко¬ торый телесный угол в рассматривае¬ мом направлении к телесному углу и к площади проекции светящейся по¬ верхности на плоскость, перпендику¬ лярную к этому направлению. Перед цифровой обработкой, со¬ вершаемой в оптикоэлектронной РУК, работающей по воздушным целям, ставится дополнительная задача полу¬ чения устойчивых и качественных изображений целей, что предполагает осуществление следующей информа¬ ционной поддержки оператору: ■ определение важности (степени опасности) цели; ■ определение места; значимости и состава целей в налете; ■ определение класса (типа) цели; ■ определение координатных ха¬ рактеристик целей; ■ опознавание цели; ■ определение характера противо¬ действия; ■ оценка результатов стрельбы. Условия стрельбы, заставляющие оптикоэлектронные системы ком¬ плексов ВТО «ориентироваться» на работу с акторами (выбирать наибо¬ лее трудные ситуации наблюдения целей), однозначно выводят на ситуа¬ ции, когда в условиях сложных сцен большинство изображений фоноцеле¬ вой обстановки являются малоконт¬ растными. По этой причине, оптико¬ электронные системы комплексов ВТО призваны по своей сути и назна¬ чению работать именно с малоконт¬ растными целями. Такая ориентация оптикоэлект¬ ронных систем комплексов ВТО до некоторой степени узаконила сле¬ дующую структуру цифровой обра¬ 281 |
ботки малоконтрастных изобра¬ жений воздушных целей: ■ получение исходного изображе¬ ния; ■ предварительная обработка изо¬ бражения = оценка гистограммы изображения + фильтрация изо¬ бражения + повышение контра¬ ста изображения + повышение резкости изображения; ■ сегментация изображения = про¬ верка соответствия яркостного портрета изображения заданным требованиям + определение об¬ ласти цели + описание промежу¬ точного бинарного изображения цели + отделение области фона от области цели + нормализация яр¬ кости изображения цели и фона; ■ получение результата обработки изображения. Оптикоэлектронные системы без всяких программных ухищрений по¬ зволяют в текущем времени очень точно оценивать угловые координаты целей, что нашло свое непосредст¬ венное воплощение в устройствах автоматического слежения за на¬ земной целью (телевизионных или те- пловизионных автоматах), осуществ¬ ляющих обработку видеосигнала для непрерывного измерения угловых ко¬ ординат цели, наблюдаемой на под¬ стилающей поверхности земли. Кон¬ троверзой устройствам автоматиче¬ ского слежения за наземной целью, работающим только по угловым ко¬ ординатам, выступают дальномеры. Дальномерная система (дально¬ мер) - комплекс модулей системы са¬ монаведения и РУК, позволяющий определять дальность до объектов с высокой точностью. Применяется в самолетовождении, бомбометании, управлении беспилотными средства¬ ми и др. Отметим, что уже названием та¬ ких систем чуть-чуть нарушается тра¬ дицию, укоренившуюся в соответст¬ вующей научно-технической литера¬ туре, где пишут об оптикоэлектрон¬ ных системах. Мы, таким образом, пытаемся подчеркнуть неразрывное единство оптических и радиоэлек¬ тронных технологий в структуре со¬ временных комплексов ВТО (радио¬ электронные технологии рассмотрены в [728, 422]). Вообще говоря, доста¬ точно здесь было бы употреблять только термин оптические системы ВТО, поскольку современная оптика просто немыслима без радиоэлектро¬ ники, даже фотоаппараты и бинокли стали цифровыми, причем их наступ¬ ление на «классические» оптические системы идет мощно и бескомпро¬ миссно. А теперь еще и наблюдается мощнейший рывок в сторону адап¬ тивной оптики, причем, тут следует обратить внимание на то, что здесь даже не говорят об оптикоэлектрон¬ ных системах, хотя адаптивная оптика вся целиком базируется на радиоэлек¬ тронике. В научно-технической лите¬ ратуре стало правилом убирать все лишнее (что не вызывает различия в толкованиях смысла) из текста, будь то сдвоенные согласные (и гласные) или ненужные дефисы в фактически сложных словах. Излучение - рассеяние формиру¬ ет четыре вида систем дистанционно¬ го наблюдения, а значит, и оптико¬ электронных систем. 282 | шшж
Варианты решения задач дистанционного наблюдения 1. По сигналам, специально гене¬ рируемым аппаратурой, расположен¬ ной на объекте; 2. По собственному излучению объектов. 3. По отраженным (рассеянным) ими сигналам. 4. По специально формируемым на объекте сигналам, инициируемым информационной системой, которая стремится организовать информаци¬ онный контакт с объектом. Оптические системы наблюде¬ ния, входящие в структуру комплекса ВТО, задействуют в подавляющем большинстве случаев только варианты 2 и 3 дистанционного наблюдения - объект наблюдения им, как правило, никак активно не «помогает» (а толь¬ ко «мешает»). Более того, механизм формирования на цели излученного и рассеянного оптического поля почти всегда целиком и полностью опреде¬ ляется радиофизикой. По этой причи¬ не оптикоэлектронные системы само¬ наведения являются автономными на¬ вигационными (рефлексирующими) системами наведения. Однако эти системы не могут считаться полно¬ стью автономными (гл. 2), поскольку для противодействия их функциони¬ рованию в арсенале РЭБ разработано достаточно большое количество эф¬ фективных помех. Хотя системы са¬ монаведения, использующие лазер¬ ные и оптоволоконные (волоконнооп¬ тические) гироскопические датчики, являются как раз полностью автоном¬ ными системами навигации, и долгое время к таковым относились и астро¬ навигационные системы самонаведе¬ ния. Вариант с собственным излуче¬ нием объекта наблюдения называется радиотеплолокационным, а с рассея¬ нием падающего на объект оптиче¬ ского излучения - лазерным, по¬ скольку сегодня лазер - это практиче¬ ски единственный источник оптиче¬ ского излучения, обеспечивающий дистанционное наблюдение объектов на приличном удалении [438]. Хотя, например, аэробаллистические экспе¬ рименты, связанные с наземной отра¬ боткой образцов ракетно-артиллерий- ского ВТО, используют на открытых трассах регистрацию в отраженном свете мощные импульсные источники света, последовательно освещающие сопровождаемый объект [777]. Атмо¬ сфера прозрачна для лазерного излу¬ чения в диапазоне длин волн пример¬ но от 0,3 мкм до 1 мкм, т.е. в диапазо¬ не, несколько перекрывающем види¬ мый (оптический). Для более длин¬ ных волн (в ИК-области) также существуют окна прозрачности, где нет молекулярных полос поглощения различного рода атмосферных приме¬ сей. Лазерный луч, теоретически сво¬ бодно проходящий через атмосферу, интенсивно рассеивается в облаках, тумане, на аэрозолях и пылинках. В этой связи заявляют о необходимости доставки сигналов в заданный район или к заданной информационной сис¬ теме на основе анализа облачности (или иных пространственных атмо¬ сферных образований) и использова¬ ния просветов в облаках. Однако от¬ мечается [454], что даже в условиях пониженной прозрачности атмосферы 283
дальность действия лазерного маяка не менее чем вдвое превосходит дальность действия маяка с мощным радиоизлучением. Преимущества ла¬ зера в наибольшей степени проявля¬ ются ночью, в сумерках и при пони¬ женной прозрачности атмосферы. Ес¬ ли подсветка объекта осуществляется неконтролируемым (чаще всего есте¬ ственным) источником, например, Солнцем, Луной, или нелазерным ис¬ точником, то такие системы традици¬ онно называют оптическими. Оптикоэлектронная система са¬ монаведения по принципу действия является следящей системой, полу¬ чающей сигналы от цели и анализи¬ рующей их в виде сформированной последовательности шагов, следую¬ щих с определенным интервалом. В полемическом задоре часто специали¬ сты по компьютерным технологиям называют оптикоэлектронный сенсор всего лишь вынесенной наружу ча¬ стью компьютера. Твердотельная ре¬ волюция привела к тому, что такие оптикоэлектронные системы объеди¬ няют в себе собственно оптическую, приемную и вычислительную подсис¬ темы, и такие подсистемы проекти¬ руются как единое целое, т.е. они ста¬ новятся интегрированными. Более то¬ го, сегодня активно разрабатываются микроэлектронные технологии, где на одном кристалле формируются лазер¬ ные и полупроводниковые структуры, причем последние - одновременно в п-р-п и р-п-р вариантах. Теория оптикоэлектронных сис¬ тем превратилась в системотехниче¬ скую дисциплину, имеющую четкую системную ориентацию [481, 693, 876, 482, 516]. Она быстро втянулась в орбиту обслуживающих дисциплин: науковедения, системологии, инфоло- гии, кибернетики, теории искусствен¬ ного интеллекта, анализа данных, теории алгоритмов, программирова¬ ния, теории эксплуатации, метроло¬ гии, микроэлектроники, теории адап¬ тации, теории сигналов, радиофизики и т.п.. Как видно из перечисления этих научных дисциплин, они в той или иной степени обслуживают все стадии жизненного цикла систем на¬ ведения и самонаведения ВТО, по¬ этому уже достаточно давно от тео¬ рии оптикоэлектронных систем от¬ почковалась теория оптикоэлектрон¬ ных систем самонаведения. Поскольку большую часть поле¬ та ракета из-за требований о скрытно¬ сти обычно летит в радиомолчании по данным полностью автономной сис¬ темы наведения (например, спутнико¬ вой, ИНС или БИНС), формирующей команды управлением полетом, то даже после включения, обычно на за¬ вершающем этапе полета, оптическо¬ го канала, обеспечивающего инфор¬ мацией собственно процесс самона¬ ведения и избирательного поражения, данные (конечно же, преобразован¬ ные к соответствующему виду) о це¬ лях чаще всего снова поступает в тот же ИНС (БИНС) для того, чтобы управление ракетой не прерывалось и вновь осуществлялось по прежней «привычной» для нее схеме. Хотя, конечно, не совсем так. Обычно на завершающей стадии требуется кор¬ ректировать в текущем режиме траек¬ торию полета ракеты так, чтобы соз¬ дать условия для наиболее эффектив¬ 284 |
ного получения оптической информа¬ ции о фоноцелевой обстановке. Выбор траектории полета ракеты или носителя РУК становится задачей неразрывно связанной с формирова¬ нием оптического изображения и усиления наблюдаемости заданных целей. В этом смысле можно заявлять о логистике оптического наблюдения, когда осуществляется выбор траекто¬ рии полета ракеты и обеспечения за¬ данной навигации на этой траектории. Такая логистическая процедура в тео¬ рии систем ВТО стала называться траекторным управлением, когда осуществляется выбор такой траекто¬ рии полета системы самонаведения и РУК, при которой наряду с решением основной тактической задачи ком¬ плекса ВТО обеспечиваются наилуч¬ шие условия для наблюдения цели и других объектов фоноцелевой обста¬ новки [594]. Функционирование системы са¬ монаведения при траекторном управ¬ лении предполагает возможность варьирования траекторией полета ра¬ кетного средства поражения, ракур¬ сом наблюдения для создания усло¬ вий наиболее информативного кон¬ такта с окружающей средой, особенно на конечном участке полета, где, как правило, и функционирует оптико¬ электронная система самонаведения. Это особенно важно при организации противодействия средствам РЭБ, по¬ вышении живучести авиационных средств, осуществлении избиратель¬ ного поражения акторов. Например, распознавание, сопровождение груп¬ повых целей, а тем более оценка по- меховой ситуации могут значительно облегчиться, если изменять не только аппаратурные характеристики систе¬ мы, но и грамотно выбрать ракурс на¬ блюдения целей, а также траекторию и динамику подлета к ним. Такая так¬ тика обычно реализуется там, где ка- кая-то из функций реализуется на пределе своих потенциальных воз¬ можностей (например, из-за массиро¬ ванного действия помех), и требуется «помощь» со стороны других функ¬ ций, которые также уже может быть использовали весь отпущенный для них ресурс. Проблема особенно ре¬ льефно проявляется при организации подсвета для полуавтономного и двухпозиционного наблюдения. Ре¬ шение задачи формирования в теку¬ щем времени команд на выбор эффек¬ тивной траектории полета, основыва¬ ясь на оценке (базирующейся на осу¬ ществлении процедур распознавания) достаточно быстро меняющейся так¬ тической обстановки, неизбежно при¬ водит к реализации соответствующих интеллектуальных технологий. Роль оптического канала безус¬ ловно снижается в рефлексирующей системе самонаведения, обеспечи¬ вающей самонаведение по информа¬ ции о фоноцелевой обстановке, полу¬ чаемой от разнообразных сенсоров. Такая система самонаведения стано¬ вится комбинированной, где оптиче¬ ский канал становится одним из кон¬ туров организуемого для избиратель¬ ного поражения цели информацион¬ ного канала (информационной плат¬ формы), развертываемого для оценки текущей фоноцелевой обстановки и намерений противника. Если комби¬ нированная система самонаведения в
качестве основного (ведущего) ре¬ жима функционирования задейству¬ ет оптический (особенно на завер¬ шающей стадии), то такая комбини¬ рованная система обычно объявляет¬ ся оптикоэлектронной. Именно в этом смысле здесь говорится о опти¬ коэлектронном РУК и оптикоэлект¬ ронной системе самонаведения. ВТО требует для своего функционирования информации, сформированной на основе признания единства и взаимообусловлен¬ ности собственно измерений характеристик целей с выработкой соответствующих ко¬ манд управления полетом ракеты. Доставляемой системой самона¬ ведения информации о координатных и некоординатных характеристиках целей должно быть достаточно для осуществления избирательного пора¬ жения. Особенно указанное единство характерно для рефлексирующих сис¬ тем самонаведения, к каковым отно¬ сятся большинство оптикоэлектрон¬ ных систем самонаведения. Такой информации соответствует как мини¬ мум трехуровневая архитектура ее получения и использования в инфор¬ мационной платформе, где на нижнем уровне с помощью набора сенсоров, осуществляющих количественные измерения [221], добывается синтак¬ сическая информация о целях, а на более высоком уровне результаты этих измерений отображаются в прагматическую или семантическую шкалу лингвистических значений, чтобы потом на еще более высоком уровне трансформироваться в коман¬ ды управления состоянием ракеты. В общем случае можно здесь говорить об измерениях с использованием ма¬ шины обнаружения знаний в добытых сенсорных данных о фоноцелевой об¬ становке. Следует отметить, что традиционные изме¬ рения, направленные на работу с данными, носят машиноцентрический характер, тогда как процедуры получения некоординатных параметров цели, будучи ориентированны¬ ми на преобразования данных о фоноцеле¬ вой обстановке в знания, являются антро¬ поцентрическими. Оптика, используемая в системах самонаведения, обслуживает именно нижний уровень этой иерархии по¬ лучения информации. Наконец, на самом высоком уровне отмеченной трехуровневой модели информационной платформы (уровень команд) результаты измере¬ ний (оценок координатных и некоор¬ динатных характеристик цели, а так¬ же траектории полета ракеты и ее со¬ стояния) используются при формиро¬ вании команд для исполнительных органов ракеты при обеспечении из¬ бирательного поражения цели. Более высокий уровень управления, кото¬ рый можно назвать уровнем боевого управления, практически полностью игнорирует специфические особенно¬ сти оптических технологий и «обслу¬ живает» тактику ведения боевых опе¬ раций на установленной зоне боевых действий, исходя из оценок коорди¬ натных и некоординатных характери¬ стик целей. Это обстоятельство и по¬ зволяет переключать информацион¬ ные сенсоры (например, с радиолока¬ ционных на оптические) на входе мо¬
дулей управления полетом ракеты в системе самонаведения. Однако онтология системы са¬ монаведения, как правило, очень серьезно влияет на реализацию мис¬ сии, особенно на уровне команд, и даже на скрипт. По этой причине оп¬ тическое наведение и/или самонаве¬ дение следует рассматривать как весьма специфический (оптикоэлект¬ ронный) класс технологий избира¬ тельного поражения цели, что нашло свое отражение в соответствующих понятиях, используемых в онтологии. Оптикоэлектронные системы самонаведения ВТО представляют со¬ бой радиоэлектронные системы само¬ наведения (рефлексирующие), ис¬ пользующие при анализе фоноцеле¬ вой обстановки, при формировании информационной платформы и при осуществлении наведения оптические сенсоры. Аналогичным образом, мо¬ гут быть определены оптикоэлект¬ ронные РУК, особенно для стадии до пуска ракет. Если РУК и/или система самонаведения обеспечивают функ¬ ционирование информационной плат¬ формы разнородной информацией о текущей ситуации, то в этом случае можно выделить у них соответст¬ вующий оптический канал. Портрет (сигнальный, информа¬ тивный или информационный), фор¬ мируемый в оптикоэлектронном ка¬ нале, можно называть оптическим портретом. Ранее, он фактически ис¬ пользовался как синонимы понятия портрета и изображения. Имеет смысл для оптикоэлектронных систем специально выделять как отдельную стадию получение изображения, предшествующую получению портре¬ тов. Специфика оптикоэлектронных систем предполагает всегда стадию получения снимка (изображения) объекта наблюдения, где воспроизво¬ дится для соответствующего группо¬ вого объекта то, что ранее для оди¬ ночной цели именовалось как архи¬ тектура цели (в данном случае, состав элементов групповой цели и объемно¬ геометрические характеристики). По¬ лучается, что структура оптического изображения, оказывается, жестко привязанной к объектам наблюдения. Далее, отталкиваясь от оптических изображений, формируются портреты и поля, используемые при организа¬ ции и осуществлении избирательного поражения. В оптическом сигнальном или информационном портрете фоно¬ целевой обстановки и в оптическом изображении структура факторизова¬ на (в смысле отделенное™ друг от друга) объектами наблюдения. Эта факторизация происходит автоматически в любой пассивной ра¬ диоэлектронной информационной системе при наличии достаточного (фиксируемого) контраста между со¬ седними объектами [269, 464]. В ак¬ тивной оптикоэлектронной (лазерной) системе процесс взаимодействия па¬ дающей оптической волны с вещест¬ вом объекта наблюдения может серь¬ езно «размазать» в оптическом порт¬ рете границы объектов наблюдения. Оптическое изображение призвано по своей сути и предназначению восста¬ навливать эти границы, то есть фак¬ торизовать исходный сигнальный портрет. Однако и здесь распределе¬ ние физических характеристик объек¬
тов наблюдения отображается в про- странственно-временную структуру рассеянного (физического, сигнально¬ го) поля, часть информации о котором доставляет в направления наблюдения оптический сигнал, принимая струк¬ туру оптического информационного портрета. Из этого оптического сиг¬ нала выявляются те координатные и некоординатные характеристики фо¬ ноцелевой обстановки, по которым и формируется оптическое изображение (где отделяется каждый нужный для организации и осуществления изби¬ рательного поражения объект от дру¬ гого). Оптическое изображение - мо¬ дель, в качестве сигнатуры которой выступают сами объекты наблюдения, а в качестве базового множества - фиксируемый оптикоэлектронной системой сигнальный и/или инфор¬ мационный портрет. Объекты оптиче¬ ского изображения затем наделяются координатными и некоординатными характеристиками, в зависимости от номенклатуры и полноты которых формируются информационный или информативный портреты. Эти ин¬ формационные объекты могут быть представлены в виде последователь¬ ности данных, информативность ко¬ торых относительно некоординатных параметров уменьшается, если пере¬ ходить от портретов до траекторного сигнала (сечения сигнального портре¬ та) (см. гл. 2). Такое представление позволяет привлекать при анализе оп¬ тикоэлектронных систем самонаведе¬ ния технологии и результаты радио¬ физики. Радиофизика призвана оце¬ нить и объяснить механизм взаимо¬ связи координатных и некоординат¬ ных характеристик объектов с наблю¬ даемыми сигнальными или информа¬ ционными оптическими полями. По¬ лученные данные используют для за¬ дач управления, навигации, преду¬ преждения о появлении целей противника и т.п., а сами технологии, базирующиеся на установлении взаи¬ мосвязи оптических полей и объектов наблюдения, называют оптическими. Важно отметить, что именно в оптических (оптикоэлектронных) системах, раньше чем в других информационных системах, была по достоинству оценена специфическая очень важная для мониторинга роль неко¬ ординатной информации [589, 534, 731]. Однако чаще всего такая информация сво¬ дится к оценке только следующих некоор¬ динатных характеристик: геометрические размеры, состав и форма, а также класс и тип наблюдаемой цели. По своей структуре оптическое изображение то же, что и оптический портрет, но где фиксация объектов проведена с хорошим разрешением и специально подчеркивается. После выбора такого информационного объ¬ екта обычно вновь заявляют о форми¬ ровании портрета наблюдаемой фо¬ ноцелевой обстановки, но уже ин¬ формативного или информационного. Можно видеть, что такие портреты цели, сформированные по оптическо¬ му изображению, есть увязанные с координатными и некоординатными параметрами целей портреты зоны боевых действий для использования в оптикоэлектронной системе самона¬ ведения.
По сравнению с классическим радиолокационным портретом здесь отмечается следующая специфика. Радиолокационный портрет получа¬ ется почти всегда на пределе воз¬ можностей по разрешающей способ¬ ности соответствующей информаци¬ онной системы [796]. На большом расстоянии от цели ее радиолокаци¬ онный портрет представляет струк¬ туру рассеянного поля для некого центра рассеяния (цель представля¬ ется как элементарная или одиноч¬ ная). С приближением к цели она пе¬ рестает казаться элементарной, число выявляемых в ее архитектуре бле¬ стящих точек возрастает и обнару¬ живается возможности оценки их яр¬ костей (или поляризационных харак¬ теристик, или передаточных характе¬ ристик) и расположения их друг от¬ носительно друга. В этом случае заявляют о работе со структурным изображением объекта. Можно гово¬ рить, что радиолокационный портрет цели при приближении к ней транс¬ формируется в ее радиолокационное изображение. Оптический портрет изначально из-за своей высокой информационной емкости несет гораздо больше ин¬ формации о цели. Оптикоэлектрон¬ ные системы сразу получают изобра¬ жения (оптические) для объектов на¬ блюдения, т.е. как раз все чаще ста¬ вится задача организации быстрого зрения, когда, как и в цифровом теле¬ видении, увеличение скорости пере¬ дачи информации достигается остав¬ лением в портрете (изображении) только существенных деталей и фик¬ сацией в основном изменений. Принципы, ускоряющие процедуру получения оптических изображений ■ Применение структурного опи¬ сания целей, которое предпола¬ гает использование только ос¬ новных, наиболее важных с точ¬ ки зрения избирательного наве¬ дения элементов изображения и их взаимосвязей. ■ Число пространственных каналов оптикоэлектронной системы должно соответствовать числу оцениваемых характеристик цели. ■ Формирование описания инфор¬ мационной пространственной структуры цели предпочтитель¬ нее проводить в собственных ко¬ ординатах цели. Определение истинного место¬ положения ракеты производится по¬ сле сравнения текущей информации, получаемой в ходе выполнения полё¬ та, с эталонной, хранящейся в памяти. Можно утверждать, что все оп¬ тикоэлектронные РУК и системы са¬ монаведения обеспечивают возмож¬ ность работы в режиме оптического картографирования. Оптические сиг¬ налы, рассеянные или излучаемые земной или водной поверхностями, являются флуктуирующими и описы¬ ваются мерами неопределенности. Эти сигналы выступают как помехи работе оптикоэлектронным РУК и системам самонаведения и для них составляется карта помех. Поскольку флуктуации оптических сигналов за¬ висят, прежде всего, от состояния на¬ блюдаемой поверхности, то возникает актуальная задача обоснования выбо¬ ра и обоснования четких критериев 289
использования тех или иных характе¬ ристик неопределенности. Последнее имеет огромный практический инте¬ рес и находит массу реальных прило¬ жений для создания математических моделей рассеянных и излучаемых оптических сигналов при создании различных оптикоэлектронных РУК и систем самонаведения, которые учи¬ тывают тип подстилающей поверхно¬ сти, условия распространения сигна¬ лов, высоту, траекторию полета и угол зондирования. С помощью оптикоэлектронных систем самонаведения цель и фоноце¬ левая обстановка запечатлеваются в оптическом изображении только в процессе специально подготовленного информационного контакта. Для того чтобы цель была обнаружена, рассеи¬ вающие или излучательные свойства ее и окружающей среды (фоноцелевой обстановки) должны различаться, т.е. цель должна обладать оптическим контрастом относительно среды. Этот контраст зависит от условий наблюде¬ ния, что может приниматься во внима¬ ние при осуществлении траекторного управления. Оптикоэлектронные сис¬ темы самонаведения могут работать как по известным, так и по неизвест¬ ным целям. Функции оптикоэлектронных систем ВТО Как следует из материалов, ка¬ сающихся оценке перспектив исполь¬ зования оптикоэлектронных систем в комплексах ВТО (см., например, [808, 462, 598, 481, 693, 876, 482, 516]), оп¬ тикоэлектронные системы должны парировать рост информационных на¬ грузок на платформу комплекса ВТО при выполнении полетных заданий. ■ Это связано с дефицитом времени при низких уровнях освещенности и не¬ благоприятных погодных условиях, ■ при полете ракеты и ракетоносца на малой высоте, а также с развитием и ■ совершенствованием средств радио¬ электронного и огневого противодей¬ ствия. Разрабатываемые оптико¬ электронные системы комплексов ВТО должны быть многофункцио¬ нальнымиу комплексированными, комбинированными, интегрирован¬ ными и обеспечивать реализацию следующих функций: ■ Круглосуточное обнаружение, распознавание и идентификацию наземных (надводных) целей в условиях радиоэлектронного противодействия. Автоматизация процессов поис¬ ка, обнаружения и идентифика¬ ции целей. Автоматический захват и сопро¬ вождение нескольких целей. Измерение и оценка координат¬ ных характеристик целей, необ¬ ходимых при наведении ракет на цели. ■ Подсвет целей, автоматический поиск, обнаружение и захват це¬ лей, подсвечиваемых разнесен¬ ным РУК. 290 I WmJlr ■гг.. Е^1 * лкяшшш Щ_
Противодействие лазерному об¬ лучению. Передача на управляемые сред¬ ства поражения прицельной ин¬ формации. Управление положением линии визирования и ее стабилизация при автоматическом слежении и целенаведении. Круглосуточное применение управляемого и неуправляемого вооружения. Проведение мероприятий в рам¬ ках РЭБ, например, воздействие лазера на оптикоэлектронную систему приводит или к ослепле¬ нию оптической системы (выжи¬ гание оптических сенсоров, для ослепления большинства совре¬ менных оптикоэлектронных сис¬ тем, использующих оптические матричные фотокатоды, плот¬ ность излучения должна состав¬ лять 0,1-1 Дж/см2), или к созда¬ нию оптических помех, приво¬ дящих к сбою (дезорганизации) систем самонаведения и слеже¬ ния за целью. Отработка целеуказания и обеспе¬ чение выполнения маневра в ре¬ жиме целеуказания при подлете к цели, ее атаке и выходе из атаки. Идентификация и уточнение ко¬ ординат целей, обнаруженных комплексом ВТО на больших л дальностях при картографирова- ■ нии земной поверхности. Пилотажные режимы, ночные полеты и посадка ракетоносца. ■ Постановка помех. Коррекция навигационных ре- ■ жимов по ориентирам с извест- ■ ными координатными и некоор¬ динатными характеристиками. ■ Управление функционированием боевой части. ■ Взаимодействие и взаимообмен с другими информационными ка¬ налами. ■ Встроенный автоматизирован¬ ный контроль и автоподстройка каналов излучения и приема. Реализация указанных функций требует существенного расширения информационной и физической платформ комплекса ВТО, исполь¬ зующего оптикоэлектронные систе¬ мы, повышения быстродействия, разработки и создания новых коор¬ динаторов слежения за целями, а также комплексирования всей ис¬ пользуемой при избирательном по¬ ражении информации. Для уменьшения массогабаритных харак¬ теристик целесообразно создание интегри¬ рованных оптикоэлектронных систем с ка¬ налами, задействованными в различных частотных диапазонах. Устройства, входящие в состав оптикоэлектронных РУК и системы самонаведения Телевизионный канал с огневы¬ ми и низкоуровневыми ТВ сис¬ темами. Тепловизионный канал [443]. У ниверсал ьный теплотелевизи¬ онный координатор захвата и со¬ провождения целей. Блок управления на базе цент¬ рального процессора. Лазерный дальномер. Канал лазерного подсвета цели.
■ Станция предупреждения о ла¬ зерном облучении. ■ Г иростабилизированная плат¬ форма. ■ Узел взаимной привязки каналов. ■ Оптический радиовзрыватель. ■ Система выбора способа подры¬ ва боеприпаса. ■ Система терморегулирования. ■ Модуль оперативного контроля процесса и результатов ракетно¬ го удара. ■ Узел синхронизации режимов работы и функций. ■ Блок целеуказания. Как специальная функция опти¬ коэлектронной системы, допускаю¬ щая соответствующее аппаратное воплощение, должно рассматривать¬ ся стремление интегрировать все оп¬ тические каналы в единой шине дан¬ ных. Совместное использование оп¬ тических и иных видов изображений с построением единой синтезиро¬ ванной картины позволяет эффек¬ тивно использовать в комплексе ВТО большой объем информации для решения задач по избирательно¬ му поражению. Оптикоэлектронная система са¬ монаведения должна осуществлять автоматический поиск, захват и одно¬ временное сопровождение несколь¬ ких целей. Сейчас все чаще преду¬ сматривается специальный режим ра¬ боты по однотипным целям. Этот ре¬ жим предполагает автоматический захват остальных целей, прежде всего по некоординатным характеристикам, при выборе какой-то одной из них. В зависимости от полетного задания предусматривается также автоматиче¬ ское ранжирование целей опять же по некоординатным характеристикам с соответствующим распределением боекомплекта ВТО. Оптикоэлектронная система са¬ монаведения и РУК задействуются для определения навигационных ог¬ раничений, находящихся по курсу по¬ лета ракеты или ракетоносца, а также для осуществления навигационной коррекции по оптическому рельефу местности. Оптикоэлектронные системы, КАК СРЕДСТВО ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ Подведем сначала некоторый итог анализа уже рассмотренных сис¬ тем самонаведения ВТО, чтобы рель¬ ефнее затем выделить специфику именно оптикоэлектронных систем самонаведения ВТО. Всякий информационный кон¬ такт системы самонаведения с целью, для которой система самонаведения обеспечивает реализацию своей мис¬ сии по избирательному поражению, начинается с обнаружения этой цели [871]. В предыдущих главах этот те¬ зис уточнялся - ввиду того, что для систем самонаведения очень важным оказывается использование некоор¬
динатных параметров цели, и фак¬ тически традиционная для оптиче¬ ских систем и радиолокации задача обнаружения трансформируется в задачу поиска цели. По существу, на этом этапе происходит выбор такти¬ ки совершения избирательного по¬ ражения для реализации миссии, со¬ провождающейся выполнением со¬ ответствующих скриптов. Затем по¬ сле поиска, налаживается процесс собственно самонаведения, требую¬ щий сопровождения выбранной для избирательного поражения цели (со¬ провождение ее траектории) с оцен¬ кой ее параметров. Если сигнал может в процессе оптического наблюдения пропадать, то вводится еще режим допоиска - восстановление сигнала после его кратковременной потери, используя априорную или текущую информа¬ цию о характеристиках сигнала. Те¬ перь, как правило, в число этих ха¬ рактеристик включаются еще призна¬ ки классификации цели как ее типа, так и класса. По данным такого со¬ провождения на борту ракеты система самонаведения формирует в соответ¬ ствии с имеющимся скриптом коман¬ ды, управляющие полетом ракеты, а также функционированием ее боевой части. Все чаще, процесс обеспечения эффективного информационного кон¬ такта с целью и наведения ракеты на заданную цель требует соответст¬ вующего отслеживания ряда других объектов фоноцелевой обстановки - разнообразных ориентиров (особенно, если стрельба осуществляется по не¬ контрастным целям - «по пустому месту»), источников помех и самих помех, средств огневого противодей¬ ствия, «соседей» по нанесению удара. В этом случае осуществляется систе¬ мой самонаведения и РУК многоце¬ левое наблюдение. С помощью оптикоэлектронных систем все чаще реализуется функ¬ ция выбора способа подрыва боевой части, особенно когда боеприпас тандемный - с первичным прони¬ кающим зарядом и последующим боевым. Трудности, с которыми сталкивается на практике разработчик оптикоэлектронных систем самонаведения ■ Не известны параметры оптиче¬ ского сигнала от цели. ■ Не известны требуемые характе¬ ристики помехи, что делает не¬ возможным синтез оптимального алгоритма обнаружения. Задача синтеза оптимального алгоритма обнаружения в условиях априорной неопределенности может решаться с помощью параметриче¬ ского описания априорной неопреде¬ ленности с применением адаптивного байесовского подхода. В этом случае алгоритм обнаружения синтезируется как бы при полной априорной опре¬ деленности относительно сигналов и помех, после чего неизвестные пара¬ метры алгоритма обнаружения заме¬ няются их оценками. Чаще всего оп¬ тикоэлектронные системы как раз не дотягивают до оптимальных. Прихо¬ дится ограничиваться субоптималь- ными (подоптимальными) модулями. Использование подоптимальных мо¬ рЦ 293
дулей в оптикоэлектронных (особен¬ но комплексных) системах самонаве¬ дения вызвано тем, что построение оптимальных (особенно нелинейных) модулей требует применения вычис¬ лительных устройств с высоким бы¬ стродействием. В этом случае иногда целесообразно упростить алгоритм обработки информации, отступив от условия оптимальности. Причем в этом случае потеря в точности обра¬ ботки информации может быть ском¬ пенсирована за счет повышения на¬ дежности обработки. Астронавигационная система наведения ВТО Определение текущих координат и навигационных элементов (курса, скорости) ракеты в астроинерциальной навигацион¬ ной системе производится путем интегри¬ рования измеряемых в полете ускорений с коррекцией астрономическими методами положения в пространстве измерителей ус¬ корения. При поддержке высокоточной ги¬ роскопии астровизирующего устройства обеспечивает круглосуточное визирование звезд и высокоточную астрокоррекцию с высоты 8 км и более. Для космического ВТО наиболее рас¬ пространенной схемой построения систем ориентации и стабилизации является по¬ строение бесплатформенной инерциальной навигационной системы с коррекцией углов ориентации по показаниям звездных датчи¬ ков [554]. Традиционно таким средствами являются звездные датчики, измерения ко¬ торых позволяют определить угловые пара¬ метры ориентации и навигации. Звездные датчики, использующие принцип ориента¬ ции по группе звезд, позволяют стабильно вычислять углы трехосной ориентации при¬ борной системы координат относительно инерциальной системы координат. Широ¬ копольные звездные датчики на базе ПЗС- матриц, определяющие параметры ориента¬ ции путем сравнения изображения наблю¬ даемого участка звездного неба с хранящи¬ мися в памяти бортового компьютера звездным каталогом (т.е. реализуются об- зорно-сравнительные технологии навига¬ ции), как правило, применяются как средст¬ во измерения параметров ориентации кос¬ мического ВТО. В последнее время в связи с улучше¬ нием эксплуатационных характеристик звездных датчиков системы самонаведения строятся с использованием звездных датчи¬ ков как основного измерительного прибора, при этом датчики угловой скорости исполь¬ зуются на участках разворотов и коррекции космических средств ВТО или для стабили¬ зации при возможных засветках звездных датчиков. Типичный современный звездный датчик состоит из оптической системы (объектива), матричного ПЗС-приемника излучения и радиоэлектронного блока. Фо¬ топриемники на основе ПЗС используют строчный или кадровый перенос заряда, что не позволяет реализовать гибкую логику считывания сигналов в отдельных окнах ви¬ зирования. Кроме того, ПЗС-приемники имеют низкую радиационную стойкость, а потому они стали заменяться на КМОП- матрицы с технологией Active Pixel Sensors. Также следует отметить значительное энер¬ гопотребление таких фотоприемных уст¬ ройств и сложную организацию питания. Для оптикоэлектронных приборов ас¬ трокоррекции [801] систем самонаведения перспективных комплексов ВТО с ракетами различных видов базирования предпочти¬ тельно использование КМОП фотоприем¬ ных матриц, которое обеспечивает возмож¬ ность реализации новых логических функ¬ ций, оптимизацию питания и снижение энергопотребления, повышенную радиаци¬
онную стойкость, снижение габаритно-мас- совых характеристик. Особенности современных астронавигационных систем самонаведения ■ Резкое увеличение числа функций, ко¬ торые могут быть обеспечены только программными средствами: выделение слабых сигналов на фоне возможных помех (световых, электрических и электромагнитных, порождаемых кос¬ мическими частицами и т.п.); высоко¬ точное измерение угловых координат с учетом паспортизации и различных ка¬ либровок; распознавание групп звезд [477, 800]; вычисление матриц или ква¬ тернионов ориентации и др. ■ Использование многоэлементных мат¬ ричных приемников излучения. Такой приемник, содержащий несколько миллионов пикселей, собирает в каж¬ дом кадре огромное количество ин¬ формации о различных источниках излучения, что непосредственно ска¬ зывается на точностных характери¬ стиках и помехозащищенности. С по¬ явлением интегральных приемников излучения (ПЗС или КМОП-матриц) эффективность получения спектров звезд для задействования в звездных датчиках резко возросла. Во-первых, экспонируется сразу весь спектр, и это приводит к значительному сокраще¬ нию времени экспозиции. Во-вторых, предыдущий фактор позволяет ис¬ пользовать дифференциальную мето¬ дику, предусматривающую мини¬ мальный промежуток времени между наблюдениями программных и стан¬ дартных звезд. В современных системах навигации основное назначение астрокорректоров за¬ ключается в исправлении угловых ошибок инерциальной навигационной системы. В то же время, первоначально астрокоррекция применялась именно для определения про¬ странственного положения объекта на по¬ верхности Земли. Современные информа¬ ционные технологии позволяют определять положение объекта и при условии, что он не находится на поверхности Земли, то есть на траектории полёте ракеты. Это предостав¬ ляет возможность с помощью астрокоррек¬ ции осуществлять навигацию ракет при от¬ сутствии точной информации о координа¬ тах места пуска. Точность и габариты астроинерциаль- ной навигационной системы во многом оп¬ ределяются взаимодействием астрокоррек¬ тора с инерциальной навигационной систе¬ мой. В настоящее время астрокорректор и инерциальная навигационная система вы¬ полняются в виде отдельных моноблоков, стыковка которых требует выполнения со¬ вместной калибровки в условиях внешних воздействий в диапазоне температур. Изго¬ товление системы в виде одного моноблока позволяет увеличить точность и уменьшить габариты. Астровизирующее устройство интег¬ рировано с БИНС, которые вместе образу¬ ют астроинерциалъную навигационную систему. БИНС основана на высокоточных лазерных гироскопах, кварцевых акселеро¬ метрах и спутниковом навигационном при¬ емнике. Астровизирующее устройство реа¬ лизует алгоритмы слежения за звездами и цифрового сложения изображения звезд по данным от БИНС. Широкоформатная ПЗС-матрица аст¬ ровизирующего устройства вместе с алго¬ ритмами цифрового сложения обеспечива¬ ют визирования не менее 6 звезд в поле зре¬ ния при работе по произвольному участку небесной сферы, в том числе в дневных ус¬ ловиях освещения. В отличие от приборов космического применения, астровизирую¬ щее устройство выполняются в герметич¬ ном, газонаполненном исполнении с сапфи¬ ровыми астролюками. Как правило, астроинерциалъная на¬ вигационная система обладает избыточ¬ ным резервированием и позволяет обеспе¬ чить круглосуточное измерение парамет¬ ров трехосной звездной ориентации с точ¬ ностью единиц угловых секунд. Такой сис¬ теме невозможно поставить помеху, а потому она может считаться автономной с
учетом уточнения смысла этого термина применительно к системам самонаведения. Программно-математическое обеспе¬ чение приборов, реализованное во встроен¬ ном процессоре, обеспечивает автономное решение задачи звездной ориентации, путем сравнения изображений наблюдаемого уча¬ стка звездного неба со звездным каталогом, хранящимся в памяти прибора и охваты¬ вающим всю небесную сферу. Звездный ка¬ талог содержит от 2800-8000 звезд (в зави¬ симости от поля зрения прибора) и гаранти¬ рует распознавание не менее 8 звезд на про¬ извольном кадре. Звездный каталог содержит информацию о собственных движениях звезд, что обеспечивает знание направлений на звезды в инерциальной системе координат с погрешностью не более 0,1 угловой секун¬ ды за период времени 30 лет. Решение задачи ориентации производиться с учетом прецес¬ сии и нутации Земли и аберрации света. Такой звездный каталог дает возмож¬ ность составить карту распределения энер¬ гии в спектрах ярких звезд в обоих полуша¬ риях небесной сферы. Определенным ито¬ гом такой работы стала публикация Пул¬ ковского спектрофотометрического катало¬ га, содержащего данные для 887 звезд (602 в диапазоне 032...0,735 мкм и 285 в диапазоне 0,5... 1,08 мкм). Из них 278 звезд перекрывают оба диапазона. До конца 1980-х гг. потребности сво¬ дились, в основном, к получению спектро¬ энергетических и координатно-временных характеристик избранных объектов небес¬ ной сферы, включая оба полушария, с це¬ лью формирования бортовых каталогов, а работы - к трем позициям: 1) количество избранных звезд; 2) спектральный диапазон; 3) точность результатов. Сейчас требуется гораздо большее ко¬ личество звезд, включая более слабые звез¬ ды, в том числе и переменные. Такая работа осуществляется с наземной поддержкой, ба¬ зирующейся, например, на длительном мо¬ ниторинге переменных звезд, или спектро- фотометрии избранных звезд с целью соз¬ дания спектрофотометрических стандартов. Применяется также массовая наземная фо¬ тометрия при наличии широкоугольных те¬ лескопов и современных ПЗС-камер. Конечно, наблюдения из космоса пред¬ ставляются наиболее перспективными для создания полных обзоров небесной сферы. Такие работы ведутся за рубежом, уже давно используются такие каталоги как Hipparcos, Tycho-2, WISE, готовятся к запуску спутники по проектам Gaia, VISTA и др. Очень важен выбор спектрального диапазона. Возможно, что максимум чувст¬ вительности астронавигационных приемни¬ ков с течением времени может сместиться в красную область, что вызовет дополни¬ тельные требования к точности как фото¬ метрических, так и спектрофотометриче¬ ских данных. Основные характеристики астровизи¬ рующей системы самонаведения (вероят¬ ность обнаружения рабочих звезд и точ¬ ность измерения их координат) в значи¬ тельной степени зависят от уровня внешней фоновой засветки, состоящий из следую¬ щих составляющих: ■ фоновая засветка атмосферы Земли на высотах визирования рабочих звезд; ■ боковая засветка и засветка от элемен¬ тов конструкции солнечным излуче¬ нием, для ослабления которого ис¬ пользуется бленда; ■ фоновая засветка от солнечного излу¬ чения, засвечивающего компоненты собственной внешней атмосферы но¬ сителя, к которым относятся продукты функционирования агрегатов и систем носителя, выбрасываемые в космос. Для увеличения постоянной боевой готовности комплекса ВТО с астровизи¬ рующей системой самонаведения применя¬ ется объектив с широким полем зрения и большим диаметром входного зрачка, а для повышения точностных характеристик обеспечивается высокое качество изобра¬ жения, характеризуемое размером кружка рассеяния. Достижение необходимых тре¬ бований в максимальной полноте гаранти¬ рует использование линзовых компонентов с асферическими поверхностями.
Основой метрологического обеспечения оп¬ тикоэлектронных сенсоров астровизирую¬ щей системы самонаведения являются точ¬ ные данные о спектральном составе излуче¬ ния фона и звезд, выбранных в качестве звезд ориентиров и навигационных звезд и имитация с максимально возможной точно¬ стью спектрального состава излучения вы¬ бранных звезд и фона в наземных условиях. Коррекция курса авиационных, ракет¬ ных и космических комплексов ВТО может проводиться не только по навигационным звездам. В качестве ориентиров для уточне¬ ния местоположения и оценки необходимо¬ сти корректировки курса можно использо¬ вать рисунок звезд или созвездий, их угло¬ вое положение относительно конкретного времени и места на поверхности Земли. Эти данные должны быть заложены в информа¬ ционную платформу системы самонаведе¬ ния в виде программного обеспечения, по¬ зволяющего проводить расчет рисунка звезд в любой момент времени, либо в виде базы данных соответствующих координат. Учитывая современный уровень раз¬ вития науки и техники (приемники излу¬ чения, компьютерные методы обработки информации, возможности автоматизации процесса измерений), постоянно наращи¬ вается номенклатура применяемых других параметров и характеристик навигацион¬ ных звезд и звезд-ориентиров, обладающих высокой временной стабильностью для их использования в качестве определяющего свойства конкретной звезды (интенсив¬ ность монохроматического излучения, ин¬ тегральная характеристика излучения (звездная величина), поляризация излуче¬ ния и т.п.). Расширение области спектральной чувствительности оптикоэлектронных при¬ боров систем самонаведения ракетных и космических комплексов и станций слеже¬ ния вызвано необходимостью повышения точности определения координат местопо¬ ложения указанных объектов. Более полная информация о спектральном составе излу¬ чения звезд, используемых в качестве аст¬ роориентиров, существенно снижает веро¬ ятность ошибочного принятия в качестве ориентира другой звезды, с близким по спектральному распределению излучением. Одним из вариантов использования расши¬ ренного спектрального диапазона излуче¬ ния звезд выступает селекция по двум вы¬ бранным спектральным диапазонам. Комплексирование каналов В СОСТАВЕ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ В конечном итоге, на борту раке¬ ты могут поддерживаться оптико¬ электронной системой самонаведе¬ ния, как рефлексирующей системой, процедуры самонаведения всех трех типов. Переключение или параллель¬ ное исполнение этих процедур может обеспечиваться также на программ¬ ном или алгоритмическом уровнях. По своему назначению навигационная система самонаведения решает, в ос¬ новном, задачи коррекции траектории полета ракеты. Корреляционно¬ экстремальная система самонаведения предназначена для решения задач, как коррекции конечного участка траек¬ тории, так и наведения на любую (в том числе и не имеющую физическо¬
го контраста) цель. Система прямого наведения, как только что отмечалось, работает только по контрастной отно¬ сительно фона цели. Как уже отмечалось в предыду¬ щей главе, в настоящее время единст¬ венным методом, обеспечивающим автономное высокоточное наведение управляемых ракет ВТО дальнего действия на заранее разведанные це¬ ли, является метод, реализуемый кор- реляционно-экстремальными навига¬ ционными системами, использующи¬ ми геофизические поля. При этом наиболее точными и обеспеченными необходимыми для организации на¬ ведения исходными данными и мето¬ дами целеуказания являются корре- ляционно-экстремальные навигаци¬ онные системы, работающие по по¬ лям оптической яркости ландшафта (использующие оптикоэлектронные датчики навигационного поля). Как в США, так и в РФ сегодня практиче¬ ски отработаны системы ВТО с опти- ко-корреляционными системами на¬ ведения. Тактико-технические характеристики сис¬ темы самонаведения в значительной степе¬ ни определяются типом (классом) реали¬ зуемых процедур самонаведения. Системы самонаведения корре- ляционно-экстремальные и прямого наведения для своего успешного функционирования требуют довольно полной информации как о местности в районе цели, так и о самой цели в терминах своего рабочего информа¬ ционного портрета (контрастность, видимое или ИК-изображение, рельеф и т.п.). В связи с этим точность само¬ наведения будет определяться полно¬ той и правильностью расшифровки подготовленных изображений мест¬ ности (аэро- и космических фото¬ снимков, топокарт) и адекватностью их перевода к виду сигналов, форми¬ руемых сенсорами системы самона¬ ведения. Оптикоэлектронные сенсоры, работающие в видимом и ближнем ПК-диапазонах длин волн (АЛ * « 0,5... 1,1 мкм) по рассеянным объ¬ ектами наблюдения излучениям Солнца, Луны, звезд и при достаточ¬ ных уровнях освещенности на мест¬ ности, обеспечивающих довольно высокое угловое разрешение. В тем¬ ных условиях рабочие характеристи¬ ки даже самых современных из ноч¬ ных датчиков существенно дегради¬ руют. Являясь, как и дневные, срав¬ нительно коротковолновыми, они довольно «чувствительны» и к сни¬ жению дальности действия в плохих погодных условиях. Наиболее существенные недостатки оптикоэлектронных датчиков навигационного поля для корреляционно-экстремальных навигационных система ракет ш Необходимость в специальном информационном обеспечении в виде снимков (ортофотопланов) местности, соответствующих по климатическому сезону моменту применения оружия. ■ Относительно небольшая даль¬ ность действия оптикоэлектрон¬ ных датчиков навигационного поля, которая в ряде случаев не
обеспечивает необходимую до¬ сягаемость оружия. Одна из главных характеристик, обеспечивающих эффективность при¬ менения той или иной системы само¬ наведения - помехоустойчивость к различным видам радиоэлектронного противодействия, развертываемого при осуществлении РЭБ. Долгое вре¬ мя, например, астронавигационные системы считались полностью авто¬ номными как и спутниковые системы, но сейчас и тем и другим научились ставить достаточно эффективные по¬ мехи, а потому они остаются только автономными по наведению. Помехи астронавигационным системам отно¬ сятся к классу так называемых шумо¬ вых помех, которые опасны для одно¬ канальных приемных систем. Корре- ляционно-экстремальные системы са¬ монаведения по виду представления информационного поля (изображение местности) и проведению измерений своего положения в местной системе координат является достаточно поме¬ хоустойчивой системой, так как в пределе эффективную помеху для нее можно поставить, зная лишь алгорит¬ мы проведения корреляционного сравнения текущего и эталонного изображений. При этом в случае сры¬ ва функционирования системы само¬ наведения данного типа происходит не «отвод» ракеты от цели, а лишь передача процесса наведения в ИНС, т.е., возможно, произойдет лишь ухудшение конечной точности наве¬ дения на цель. Для систем прямого самонаведе¬ ния, как правило, затруднена возмож¬ ность постановки помехи в случае, если произошел «захват» цели, осо¬ бенно если она неподвижная (стацио¬ нарна) или медленно двигающаяся (квазистационарна). Следует отметить, что оптические сенсоры используются в корреляционно-экстрема- льных системах самонаведения лишь в ка¬ честве средства получения текущих изо¬ бражений местности (физического или сигнального поля) для последующего срав¬ нения с опорными. Подавляющее большинство оп¬ тикоэлектронных систем самонаведе¬ ния по своей природе является неав¬ тономными (им нужно соотносить свой полет с окружением), поскольку они нацелены на обязательное на¬ блюдение окружающей фоноцелевой обстановки (значит, для них в прин¬ ципе могут быть сформированы по¬ мехи), но с точки зрения обеспечения навигационных процедур наведения (самонаведения) они выступают чаще всего именно как автономные (более того, рефлексирующие). Для функ¬ ционирования оптикоэлектронных систем самонаведения, точнее, фор¬ мирования их информационного обеспечения, принципиально нужна окружающая обстановка, из наблюде¬ ния которой или из взаимодействия с которой можно оценить собственную динамику полета ракеты. Оптикоэлектронные системы са¬ монаведения, как системы прямого самонаведения, требуют оценки отно¬ сительных координат и относитель¬ ных скоростей (а теперь с появлением высокоманевренных и высокоскоро¬ стных целей еще и ускорений, а также
скорости и ускорений изменения ус¬ корений) ракет и целей, на которые ракета наводится. Поскольку ракета и ее система самонаведения организуют процесс получения информации о це¬ ли, то она автоматически ставит себя в центр этого процесса - теперь все динамические характеристики цели оцениваются относительно системы самонаведения. Именно так дело об¬ стоит у оптикоэлектронных систем самонаведения ВТО. Основные признаки классификации оптикоэлектронных систем самонаведения и оптических каналов РУК ■ Диапазон волн. ■ Реализуемые функции. ■ Место установки. ■ Мобильность и размещение ап¬ паратуры в пространстве (с со¬ вмещенными и разнесенными передатчиками и приемниками). Принцип функциональной тождественности ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ И РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ Обычно радиолокационные сис¬ темы самонаведения в принятой схе¬ ме классификации информационных каналов, обеспечивающих наводимое средство избирательного поражения информацией об окружающей его фоноцелевой обстановке, противо¬ поставляются оптическим системам (в нашем случае, оптикоэлектрон¬ ным), поскольку оптические системы также реализуют, как и радиолокаци¬ онные, одни и те же принципы дис¬ танционного наблюдения за фоноце¬ левой обстановкой. Вообще говоря, они призваны выступать сообща (ко¬ нечно, если они оба присутствуют на борту ракеты), обеспечивая коррек¬ цию по опорным оптикоэлектронным и радиолокационным изображениям ориентиров и местности. Оптический диапазон приме¬ нительно к системам наведения ВТО распределен примерно таким образом. Телевизионные каналы 0,4... 1,0 мкм Тепловизионные каналы 3... 13 мкм Лазерные каналы 0,55... 1,5 мкм, в том числе лазерные системы самонаведения лазер на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом, Nd-YAG 1,06 мкм лазер на углекислом газе, С02 ... 10,6 мкм Оптикоэлектронные, ИК- и тепловизионные каналы для систем самонаведения с полуавтоматическим командным наведением по линии визирования 0,4... 13 мкм Ракеты «поверхность-воздух» «освоили» диапазон 1,5...5 мкм, а на¬ земные средства ВТО, обеспечиваю¬ щие поражение морских целей 0,4... 13 мкм. Этим каналам применительно к средствам ВТО соответствуют следующие диапазоны. зоо
У л ьтрафиол етовый (по спектральному составу и интенсивности эквивалентно солнечному излучению) 0,3.. .0,4 мкм Оптикоэлектронный 0,4... 1,1 мкм Лазерный 0,4... 1,5 мкм и 10,6 мкм Двухцветный ИК 2... 14 мкм При сопоставлении радиолока¬ ционных и оптикоэлектронных сис¬ тем самонаведения в первую очередь речь пойдет о лазерных системах са¬ монаведения, формирующих и ис¬ пользующих активные оптические информационные каналы, как наибо¬ лее похожие на традиционные опять же активные радиолокационные. Ла¬ зерные системы самонаведения ис¬ пользуют отраженный от цели сигнал лазерного подсвета. Всепогодного боевого применения лазерные систе¬ мы самонаведения не обеспечивают. В конце XX в. наметилась маги¬ стральная тенденция создания образ¬ цов ракетного ВТО, оснащенного именно модулем лазерного полуак- тивного самонаведения. При исполь¬ зовании такого ВТО цель облучается (подсвечивается) лазерным передат¬ чиком, установленным либо на само¬ лете-носителе или беспилотном лета¬ тельном аппарате (БЛА), либо назем¬ ными средствами целеуказания, кото¬ рые имеют канал связи с РУК самоле¬ та-ракетоносца. В головной части боеприпаса устанавливается оптико¬ электронная система самонаведения, которая воспринимает отраженное от цели излучение лазера модуля под¬ света (целеуказание). Действие лазер¬ ной системы самонаведения основано на использовании свойств лазера соз¬ давать узконаправленное монохрома¬ тическое излучение в различных диа¬ пазонах длин волн в импульсном и непрерывном режимах. Лазерные системы самонаведения бывают полуактивные и активные. В полуактивных лазерных сис¬ темах самонаведения лазерный ис¬ точник энергии для облучения цели расположен вне ракеты: непосредст¬ венно на носителе оружия (рис. 4.1) или вне носителя оружия (рис. 4.2). В активных лазерных системах самонаведения источник лазерной энергии для облучения цели и прием¬ ный модуль находятся непосредст¬ венно на борту ракеты, осуществляя в полете обнаружение цели и выработ¬ ку управляющих сигналов для наве¬ дения на нее ракеты и управления подрывом ее боевой части (рис. 4.3). Излучение лазера отличается большой мощностью, а благодаря уз- конаправленности — высокой скрыт¬ ностью, что затрудняет организацию противодействия лазерным системам управления оружием. Однако функ¬ ционирование лазерных модулей дос¬ таточно успешно фиксируется стан¬ циями предупреждения о лазерном облучении. Рисунок 4.1 Лазерный источник энергии непосредственно на носителе оружия
Рисунок 4.2 Лазерный источник энергии непосредственно вне носителя оружия (на земле и на БЛА) Рисунок 4.3 Активная система лазерного самонаведения Наземный лазерный целеуказа- телъ-далъномер - это устройство, осуществляющее измерение дальности ракеты до цели и подсвет (целеуказа¬ ние) цели при помощи лазерного излу¬ чения. Такие целеуказатели являются важнейшим наземным элементом комплексов управляемого и корректи¬ руемого артиллерийского вооружения «Краснополь», «Смельчак», «Кито¬ лов», построенных на базе применения метода полуактивного лазерного са¬ монаведения боеприпасов на цель. В автономном режиме лазерные целе- указатели-дальномеры могут обеспе¬ чивать наблюдение и визуальную раз¬ ведку целей, а также измерение их геометрических характеристик. Кроме подсвечивания атакуемой цели лазерное излучение применяется и для дистанционного управления ра¬ кетным ВТО. Лазерные системы дис¬ танционного управления подразделя¬ ются на командные и системы дистан¬ ционного ориентирования средства поражения в луче лазера. В команд¬ ной системе сигналы дистанционного управления вырабатываются на пунк¬ те управления и с помощью лазерного луча передаются на борт ракеты. Для передачи сигнала лазерный луч соот¬ ветствующим образом модулируется. Модуляция может осуществляться механическими, электрическими, электрооптическими или акустоопти-
ческими модулями. В системе дис¬ танционного ориентирования лазер¬ ный луч модулируется таким образом, что бортовой приёмный модуль авто¬ матически определяет вертикальное и горизонтальное отклонения ракеты от оси луча и вырабатывает соответст¬ вующие команды коррекции полета. В датчике момента подрыва бое¬ вой части ракеты (в радиовзрывателе, хотя и без радио-) лазер и приемный модуль устанавливаются на борту ра¬ кеты. В датчиках момента подрыва дальномерного типа команда на под¬ рыв боевой части подаётся в момент достижения ракетой заданной дально¬ сти до цели, а в датчиках момента подрыва радиального типа — в мо¬ мент появления цели под заданным углом к оси ракеты. Возможности генерирования лазе¬ ром весьма коротких импульсов и соз¬ дания узконаправленного излучения позволяют определять заданные мо¬ менты подрыва с высокой точностью. Современные тепловизионные системы самонаведения строятся на базе применения матричных фото¬ приемных устройств. Комбинированные системы само¬ наведения, датчиками наблюдения в которых служат двухдиапазонные или многодиапазонные системы с матрич¬ ными фотоприемными устройствами [789]. Такой метод построения оптико¬ электронной системы самонаведения ракетного ВТО следует признать наи¬ более перспективным, поскольку в со¬ ответствии с этим методом появляется возможность создания ракетного ору¬ жия, способного использовать для на¬ ведения более широкий диапазон элек¬ тромагнитного излучения. Упрощенная схема многодиапазонной оптикоэлект¬ ронной системы самонаведения пред¬ ставлена на рис. 4.4 [789]. Входной оптический сигнал в диапазоне АЯ£ Приемная оптическая система Рисунок 4.4 Схема многодиапазонной оптикоэлектронной системы: ПИ - приемник излучения; ДА - спектральный канал; 1 - электронный блок последователь¬ ной или параллельной обработки сигналов, формируемых в отдельных спектральных кана¬ лах; 2 - система объединения изображений; 3 - выходное устройство
Назначение оптической системы состоит в приеме внешнего потока излучения и формирования на по¬ верхности матричного фотоприемно- го модуля изображения наблюдаемых объектов. Модуль разделения спек¬ трального диапазона работы системы на отдельные каналы состоит из группы оптических фильтров, про¬ пускающих излучение определенного участка спектра электромагнитных волн. В случае применения несколь¬ ких отдельных фотоприемных моду¬ лей, обладающих чувствительностью в разных диапазонах, модуль разделе¬ ния может быть выполнен на основе дихроических призм, построенных из одной или более стеклянных призм с оптическими покрытиями, которые выборочно отражают или пропускают свет в зависимости от длины волны лучей света, действуя как дихроиче- ские фильтры (по аналогии с цветны¬ ми телевизионными камерами). При использовании двухдиапазонных или многодиапазонных матричных фото¬ приемных модулей разделение всего рабочего спектрального диапазона на отдельные каналы производится в са¬ мой фотоприемной матрице. В электронном модуле системы самонаведения осуществляется вся предварительная обработка сигналов, получаемых в отдельных спектраль¬ ных каналах (формирование электри¬ ческих сигналов элементов изображе¬ ний, преобразовании этих сигналов в цифровую форму, выравнивание масштабов, частотных и контрастных характеристик изображений различ¬ ных спектральных диапазонов, объе¬ динение и совместная обработка изо¬ бражений различных спектральных диапазонов). В состав электронного модуля включены аппаратно- программные средства интеллекту¬ ального анализа сформированных изображений. Результатами такого анализа в общем случае являются значения угла линии визирования це¬ ли и ее скорости его изменения, на¬ правляемые в автопилот ракетного ВТО для формирования команд управления движением ракеты, обес¬ печивающих требуемые для пораже¬ ния цели параметры ее полета. В некоторых источниках много¬ диапазонные оптикоэлектронные сис¬ темы названы гиперспектральными системами, однако такой калькиро¬ ванный перевод с английского языка (в отличие от термина «многодиапа¬ зонные системы») противоречит нор¬ мам литературного русского языка, а также искажает принципы работы системы и само понятие спектра (см. [789]). Если теперь сопоставить все приведенные выше оптикоэлектрон¬ ные системы самонаведения (а также те системы, которые здесь встретятся по ходу изложения) с радиолокацион¬ ными, то можно обнаружить, что оп¬ тикоэлектронные системы по прин¬ ципу получения информации о фоно¬ целевой обстановке полностью под¬ падают под приведенную классифи¬ кацию, только радиолокационные системы самонаведения преимущест¬ венно являются активными система¬ ми, а оптикоэлектронные - пассив¬ ными. По этой причине с точки зре¬ ния процедур самонаведения, т.е. на функциональном уровне рассмотре-
ния, можно, по крайней мере, не уд¬ ваивать число используемых понятий и использовать при анализе оптико¬ электронных систем самонаведения понятия «от радиолокационных сис¬ тем» и, наоборот, лишь бы эти поня¬ тия не затрагивали специфику тех или иных систем самонаведения. Такую возможность использования одного и того же понятийного каркаса при рас¬ смотрении разнородных (в смысле различия конструкции, ТТХ и тактики функционирования) систем самонаве¬ дения будем считать проявлением принципа функциональной тождест¬ венности оптикоэлектронных и ра¬ диолокационных систем: понятий, используемых при рассмотрении це¬ левого назначения систем самонаве¬ дения, не зависит от вида задействуе¬ мых сенсоров, в данном случае, ра¬ диолокационных и оптических, и это позволяет в процессе анализа систем «обмениваться» применяемыми поня¬ тиями. Другими словами, оптикоэлек¬ тронные и радиолокационные систе¬ мы самонаведения имеют общую он¬ тологию и, причем, довольно обшир¬ ную. Если возникнет необходимость подчеркивания различий в семантике используемых понятий, то воспользу¬ емся уточняющими определениями «рассеивающие» (для радиолокаци¬ онных систем самонаведения) или «излучательные» (для оптикоэлект¬ ронных систем). Однако декларируемый только что принцип тождественности опти¬ коэлектронных и радиолокационных систем соблюдается только в онтоло¬ гии и при сравнении миссий. На уровне скриптов обнаруживается ог¬ ромная разница в действующих про¬ цедурах и технологиях. С помощью оптикоэлектронной лазерной системы можно осуществлять трехмерную вы¬ сокоточную съемку и эта возмож¬ ность сегодня используется в систе¬ мах самонаведения. Другой пример отличий наблюдается при анализе за¬ дачи обнаружения воздушных целей. Оказалось, что даже столь хорошо проработанная в радиолокации задача эффективного обнаружения таких це¬ лей пассивными оптикоэлектронными системами в сложных фоновых усло¬ виях трудно разрешима [370]. В из¬ вестных процедурах [901, 239] обна¬ ружения динамических объектов на реальных изображениях применяются эталонные опорные сигналы. Однако способность использования таких процедур в различных фоновых усло¬ виях не обоснована. Известен, напри¬ мер, адаптивный алгоритм выделения и обнаружения воздушных объектов, когда в качестве фоновой составляю¬ щей рассматривается облачное небо с перепадами яркости. В [373] предло¬ жен способ обнаружения тепловых объектов, использующий отличия пространственных спектров излуче¬ ния точечного теплового объекта и протяженного, более холодного, ат¬ мосферного фона. При этом обнару¬ жение объекта осуществляется на ос¬ нове выделения сегментов, в которых предположительно обнаружено излу¬ чение теплового точечного объекта, и формирования бинарного изображе¬ ния для обозначения только визуаль¬ ного обнаружения целей. Делаются попытки использова¬ ния фрактального обнаружения про¬
тяженных малоконтрастных объектов на изображениях [776]. Наконец, хо¬ телось бы отметить алгоритмы в виде последовательности этапов обнару¬ жения и селекции движущихся объек¬ тов [18], где допускается при приня¬ тии окончательных решений об обна¬ ружении объектов использование ап¬ риорной информации об их размерах и конфигурации. Однако, достоверное формирование совокупности таких априорных данных чаще всего со¬ ставляет трудно разрешимую на прак¬ тике проблему. Оптикоэлектронные модули СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ РАКЕТНОГО ВТО И ЭЛЕМЕНТЫ ЭТИХ МОДУЛЕЙ Разделим все оптикоэлектронные системы самонаведения на два глав¬ ных класса: 1) системы, построенные на ос¬ нове пеленгаторов (координаторов) [546]; 2) системы «смотрящего» типа [790]. Принципиальное отличие между этими классами заключается в спосо¬ бе формирования растра наблюдаемо¬ го изображения: системы на основе координаторов формируют растр, ис¬ пользуя вращение ракеты вокруг сво¬ ей продольной оси, а системы «смот¬ рящего» типа построены на основе стабилизированного матричного фо- топриемного модуля. Указанная он¬ тология отражает специфику именно оптикоэлектронных систем самонаве¬ дения, обусловленную узким лучом и трудностями его сканирования. В ка¬ честве оптикоэлектронных преобра¬ зователей в оптических координато¬ рах применяются либо линейные фо¬ топриемные модули, либо отдельные фоточувствительные элементы [279]. Основные устройства (аппаратные модули), входящие в оптикоэлектронные системы самонаведения ракетного ВТО 1. Головной обтекатель, про¬ зрачный в определенном диапазоне оптического сектора электромагнит¬ ных волн. Головной обтекатель ра¬ кетного ВТО выполняет две основные функции: 1) защита оптической и электрон¬ ной аппаратуры от набегающего по¬ тока воздуха (скорость полета ракеты может достигать сверхзвуковых зна¬ чений); 2) ограничение спектрального диапазона принимаемого излучения, что бывает необходимо для исключе¬ ния или ограничения мешающего влияния той части спектра принимае¬ мого излучения, в которой не содер¬ жится информация, требуемая для на¬ вигации и\или прицеливания (ограни¬ чение приема ИК- или ультрафиоле¬ тового излучения в телевизионном канале, ограничение приема излуче¬ ния диапазона видимого спектра в ИК- или ультрафиолетовом каналах).
При полете ракеты (особенно со сверхзвуковой скоростью) обтекатель может нагреваться до сотен градусов, что может вносить помехи в работу тепловизионного фотоприемного мо¬ дуля системы самонаведения вплоть до его полного «ослепления». Для компенсации этого явления в состав оптикоэлектронной системы самона¬ ведения входят средства корректи¬ ровки такой паразитной засветки. 2. Объектив, посредством при¬ менения которого на поверхности чувствительных элементов фотопри¬ емного модуля формируется распре¬ деление яркости, соответствующее содержанию наблюдаемой сцены. На практике используются линзовые и зеркальные оптические системы [790]. Материал изготовления объек¬ тива также определяет спектральные свойства всей оптикоэлектронной системы: для изготовления элементов объектива используются вещества, обладающие прозрачностью в опре¬ деленном диапазоне электромагнит¬ ного излучения (диапазоне видимого спектра, ИК-диапазоне, ультрафиоле¬ товом диапазоне или одновременно в нескольких диапазонах). Для изготов¬ ления объективов используются опти¬ ческое стекло, германий, кремний, се- ленид цинка и другие материалы [790]. 3. Диафрагма, являющаяся обычно элементом объектива, позво¬ ляет ограничить величину потока электромагнитного излучения, прохо¬ дящего через объектив к фотоприем- ному модулю. Различают два основ¬ ных типа диафрагм: 1) с внешним управлением (диа¬ фрагма, сигнал управления которой формируется сторонним устройством, например, посредством дистанцион¬ ного управления); 2) с автоматическим управлени¬ ем (диафрагма, сигнал управления ко¬ торой формируется устройством, не¬ посредственно входящим в оптико¬ электронный анализатор, являющийся модулем всей оптикоэлектронной системы самонаведения, в которую входит и сама диафрагма). 4. Фотоприемный модуль, осу¬ ществляющий формирование элек¬ трического сигнала, интенсивность которого является функцией от ин¬ тенсивности светового потока, на¬ правленного на это устройство по¬ средством применения объектива. Фотоприемные модули, входящие в состав оптикоэлектронных систем ра¬ кетного ВТО, можно разделить на че¬ тыре основные группы: 1) точечные (одноэлементные) фотоприемные модули, представ¬ ляющие из себя один или небольшую группу (до четырех) фоточувстви- тельных устройств (фотодиодов), на поверхность которых посредством применения различного вида развер¬ ток [546] направляется поток элек¬ тромагнитного излучения; 2) линейные фотоприемные мо¬ дули, в состав которых входят линей¬ но расположенные фоточувствитель- ные элементы, число которых колеб¬ лется от нескольких единиц до не¬ скольких тысяч; линейные фотопри¬ емные модули являются основой оптикоэлектронных координаторов, устанавливаемых на ракетах, вра¬ щающихся в полете вокруг своей продольной оси, обеспечиваю круго¬
вую развертку наблюдаемого изобра¬ жения; 3) матричные фотоприемные мо¬ дули, в состав которых входят фото- чувствительные элементы, располо¬ женные в виде матрицы; в зависи¬ мость от задачи матрицы бывают квадратные и прямоугольные, а число элементов в матрице может достигать десятков миллионов единиц; 4) сегментные фотоприемные модули, выполненные в виде фото- чувствительных лепестков, которые применяются во вращающихся коор¬ динаторах высокоточных боеприпа¬ сов с лазерным полуактивным конеч¬ ным наведением и обеспечивают из¬ мерение величины отклонения на¬ правления полета ракеты от линии визирования цели: при совпадении линии визирования цели с направле¬ нием полета ракеты от всех сегментов одновременно поступают равные сиг¬ налы). Фотоприемные модули, обеспе¬ чивающие чувствительность систем самонаведения в ИК-диапазоне элек¬ тромагнитного излучения, делятся на модули, охлаждаемые бортовыми криогенными модулями, и неохлаж- даемые модули - приемники на основе резистивных микроболометров [790]. 5. Формирователи цифровых ви¬ деосигналов, входящие в система оп¬ тикоэлектронных систем в том слу¬ чае, когда сами фотоприемные моду¬ ли не формируют выходные сигналы в цифровой форме (разрядность ви¬ деосигналов в оптикоэлектронных системах ракетного ВТО бывает от 8 разрядов до 12, редко до 14 или 16 разрядов). 6. Вычислительный модуль ав¬ томатического анализа оптико¬ электронного изображения - основ¬ ной интеллектуальный модуль всей оптикоэлектронной системы самона¬ ведения ракетного ВТО. Его функ¬ циональное назначение и содержание решаемых этим модулем задач за¬ ключается в определении углового положения цели относительно раке¬ ты и вычисления направления и ско¬ рости изменения этого углового по¬ ложения. Характерные особенности ракет¬ ных оптикоэлектронных систем само¬ наведения, построенных на базе при¬ емников ИК-излучения (тепловых системах самонаведения) выявляются из специфики построения элемента формирования электрического видео¬ сигнала - датчике изображения [869]. Системы такого типа могут являться либо следящими координаторами, ли¬ бо фиксированными координаторами. Следящие координаторы (рис. 4.5, рис. 4.6) с гироскопической или элект¬ ронной стабилизацией (с подвижны¬ ми частями) используются в общем случае для определения угловой ско¬ рости линии визирования системы «ракета - подвижная цель», а также угла между продольной осью ракеты и линией визирования и ряда других необходимых параметров. ИК-координатор системы само¬ наведения вращающейся по крену ракеты содержит объектив, оптиче¬ ски связанный с последовательно соединенными охлаждаемой линей¬ ной матрицей фоточувствительных элементов, электронный коммута¬ тор, аналого-цифровой преобразова¬ штт шш тт, зов ттштттшшшм
тель, оперативное запоминающее устройство, селектор цели и усили¬ тель, выход которого соединен с датчиками моментов трехстепенного корректируемого гироскопа и с вхо¬ дом аппаратуры управления раке¬ той. Объектив и фотоприемный мо¬ дуль (линейка приемников излуче¬ ния) установлены на внутренней рамке карданного подвеса гироскопа и линейный фотоприемный модуль имеет продольный размер, равный диаметру поля зрения объектива в фокальной плоскости. Рисунок 4.5 Следящий координатор с гироскопической стабилизацией: 1 - обтекатель; 2 - фотоприемник ВК; 3 - контрзеркало; 4 - спектроразделительный фильтр; 5 - фотоприемник ОК; 6 - обойма; 7 - коллектор; 8 - корригирующая линза; 9 - бленда; 10- главное зеркало; 11 - карданов подвес
Рисунок 4.6 Следящий координатор с гироскопической стабилизацией переносного зенитно-ракетного комплекса «Игла»: 1 - капсула вспомогательного приемника излучения (фотоприемника ВК); 2 - вторичное контрзеркало объектива; 3 - дихроичное зеркало (спектроразделительный фильтр); 4 - кап¬ сула основного охлаждаемого фотоприемного модуля; 5 - устройство передачи жидкого азота к фотоприемному модулю; 6 - система охлаждения (холодильник Джоуля-Томсона); 7 - главное приемное зеркало - магнит-ротор гироскопа; 8 - предварительные усилители В системе самонаведения ис¬ пользуется радиально-круговое ска¬ нирование линейного фотоприемного модуля за счет вращения ракеты по крену во время полета. На рис. 4.7 представлена схема системы самонаведения, а на рис. 4.8 представлен эскиз размещения ли¬ нейного фотоприемного модуля на корректируемом гироскопе. На рис. 4.7 и 4.8: 1 - объектив; 2 - линейный фотоприемный модуль (матрица); 3 - электронный коммута¬ тор; 4 - аналого-цифровой преобра¬ зователь (АЦП); 5 - преобразователь координат элементов фотоприемного модуля из полярной в декартову сис¬ тему координат; 6 - оперативное за¬ поминающее устройство (ОЗУ); 7 - селектор цели; 8 - усилитель; 9 и 16 - датчики моментов каналов курса и тангажа соответственно; 10 - кор¬ ректируемый гироскоп; 11 - пере¬ ключатель элементов фотоприемного модуля; 12 - датчик угла крена раке¬ ты; 13 - корпус ракеты; 14 - вра¬ щающийся ротор гироскопа; 15 - внутренняя рамка карданного подве¬ са; 17 - аппаратура управления раке¬ той. 310
Рисунок 4.7 Схема системы самонаведения Рисунок 4.8 Размещение линейного фотоприемного модуля на корректируемом гироскопе
Предлагаемое устройство рабо¬ тает следующим образом. Обзор фо¬ ноцелевой обстановки в поле зрения объектива 7 осуществляется посред¬ ством радиально-кругового сканиро¬ вания линейного фотоприемного мо¬ дуля (матрицы 2), высокочувстви¬ тельного в ИК-области спектра. Такое сканирование обеспечивается за счет установки объектива и матрицы на внутренней рамке карданного подвеса 15 корректируемого гироскопа, что обеспечивает передачу вращения ра¬ кеты по крену на матрицу. Продоль¬ ный размер линейного фотоприемно¬ го модуля равен диаметру поля зре¬ ния объектива в фокальной плоскости изображения. Сигналы теплового излучения цели и фона с каждого элемента ли¬ нейного фотоприемного модуля по¬ следовательно (с первого номера до последнего) с помощью коммутатора 3 передаются в аналого-цифровой преобразователь 4. Сцена изображе¬ ния фоноцелевой обстановки пред¬ ставляется в полярной системе коор¬ динат. Последовательность и необхо¬ димая частота съема информации с элементов линейного фотоприемного модуля в аналого-цифровой преобра¬ зователь обеспечивается через комму¬ татор по сигналам с переключателя элементов линейного фотоприемного модуля 77, поступающим на второй вход коммутатора. Одновременно сигнал с переключателя поступает в преобразователь координат (положе¬ ния) элементов линейного фотопри¬ емного модуля из полярной системы в декартову систему координат 5. При этом производится преобразование координат элемента того же номера, с которого ведется съем информации. Информация с каждого элемента линейного фотоприемного модуля после преобразования в АЦП в циф¬ ровой форме поступает на первый вход оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), на второй вход ко¬ торого поступают сигналы о коорди¬ натах этого же элемента в декартовой системе координат. В оперативном запоминающем устройстве происхо¬ дит запись информации о фоноцеле¬ вой обстановке с каждого элемента в прямоугольную матрицу, в которой координаты каждого элемента соот¬ ветствуют декартовой системе коор¬ динат. Обновление информации в оперативном запоминающем устрой¬ стве происходит через каждые пол- оборота ракеты по крену. Сцена изображения фоноцелевой обстановки из оперативного запоми¬ нающего устройства в декартовой системе координат передается в се¬ лектор цели 7, где по определенным алгоритмам осуществляется захват и сопровождение цели по характерным признакам теплового излучения цели и фона и происходит сравнение этих признаков с заранее введенными при¬ знаками цели до пуска ракеты. С выхода селектора цели сигна¬ лы, пропорциональные угловому рас¬ согласованию цели по курсу и танга¬ жу относительно оптической оси объ¬ ектива, после усилителя 8 поступают соответственно на датчики моментов 16 и 9. Датчики создают коррекцион¬ ные моменты, которые вызывают вы¬ нужденную прецессию гироскопа (внутренней рамки), что обеспечивает
совмещение оптической оси объекти¬ ва и центра матрицы с направлением на цель. Одновременно сигналы рас¬ согласования поступают в аппаратуру управления ракетой 77, в соответст¬ вии с которыми она наводится на цель. Корректируемый гироскоп обеспечивает также стабилизацию матрицы при колебаниях ракеты по углам атаки и скольжения. Пассивная ИК-система самона¬ ведения вращающейся ракеты прове¬ рена с большой эффективностью в комплексе высокоточного управляе¬ мого вооружения «Гермес». Фиксиро¬ ванные координаторы (без подвиж¬ ных частей), как правило, входят в со¬ став корреляционно-экстремальных систем наведения на неподвижные наземные цели или используются в качестве вспомогательных каналов комбинированных систем самонаве¬ дения. В ранних образцах ИК-систем самонаведения ракетного ВТО класса воздух-поверхность оптический при¬ емник состоял из одного или несколь¬ ких фоточувствительных модулей, что не позволяло получать полноцен¬ ное изображение цели. Современные тепловизионные оптикоэлектронные системы самонаведения работают на качественно более высоком уровне. В них используются многоэлементные (матричные) фотоприемные модули, представляющие собой матрицу из чувствительных элементов, разме¬ щаемых в фокальной плоскости опти¬ ческой системы. Для считывания ин¬ формации с таких приемников при¬ меняется специальный электронный модуль, определяющий координаты соответствующей части проецируемо¬ го на оптический преобразователь изображения цели по номеру под¬ вергшегося экспозиции чувствитель¬ ного элемента с последующими уси¬ лением, модуляцией получаемых входных сигналов и передачей их в процессор. Наибольшее распростра¬ нение получили считывающие моду¬ ли с цифровой обработкой изображе¬ ния и применением волоконной опти¬ ки. Важной особенностью рптико- электронных систем самонаведения ИК-диапазона, построенных на осно¬ ве матричных фотоприемных моду¬ лей, являются значительное поле об-, зора в режиме сканирования, состав¬ ляющее до ± 90° (у ИК оптикоэлект¬ ронных систем с сегментными фото¬ приемными модулями, в состав которых входят от четырех до восьми сегментов, поле обзора не более ± 75°) и увеличенная максимальная дальность захвата цели (от 5...7 до 10... 15 км соответственно). Кроме то¬ го, возможна работа в нескольких участках ИК-диапазона электромаг¬ нитных волн, а также реализация ре¬ жимов автоматических распознавания цели и выбора точки прицеливания, в том числе в сложных метеоусловиях и ночью. Использование матричного фотоприемного модуля снижает веро¬ ятность одновременного поражения всех чувствительных элементов ак¬ тивными (например, лазерными) сис¬ темами противодействия. Основное отличие оптикоэлект¬ ронной системы самонаведения, вы¬ полненной на матричном фотоприем- ном модуле от такой же системы, функционирующей на базе вращаю¬ ШММЮЯЖ' 313 1
Рисунок 4.9 Обобщенная схема ракетной оптикоэлектронной системы, выполненной на основе матричного фотоприемного модуля щегося линейного фотоприемника, заключается в способе формирования растрового представления наблюдае¬ мого изображения, проецируемого на область расположения фотоприемни¬ ка. При использовании матричного фотоприемника этот узел оптикоэлект¬ ронной системы остается не только неподвижным, но и в большинстве случаев обеспечен гиростабилизацией своего положения. Обобщенная схема ракетной оп¬ тикоэлектронной системы, выполнен¬ ной на основе матричного фотопри¬ емного модуля [790], представлена на рис. 4.9. При сравнении со схемой (см. рис. 4.7) можно отметить, что в схеме (рис. 4.9) присутствует меньше функ¬ циональных модулей. Упрощение схемы системы обусловлено тем фак¬ том, что при использовании матрично¬ го фотоприемного модуля отпадает необходимость в элементах электрон¬ ного управления процессом электрон¬ но-механического формирования рас¬ тра, поскольку растр формируется са¬ мим фотоприемным модулем. Осталь¬ ные элементы схемы выполняют функции своих аналогов на рис. 4.7. Конструктивное выполнение не¬ которых матричных фотоприемных модулей обеспечивают возможность одновременного восприятия электро¬ магнитного излучения различных диапазонов (рис. 4.10) [790]. Такая двухдиапазонная схема мо¬ жет работать в режиме одновременного (рис. 4.10,а) или последовательного (рис. 4.10,6) считывания сигнала. В первом случае в составе пиксела схемы считывания могут находиться две раз¬ дельные ячейки (накопительные емко¬ сти, источники напряжения смещения, предварительные усилители и др.), ра¬ ботающие одновременно. В схеме по¬ следовательного считывания при пода¬ че напряжения смещения вольтампер- ная характеристика одного из фотодио¬ дов смещена в прямом направлении, а другого - в обратном. Изменение по¬ лярности смещения ведет к изменению диапазона спектральной чувствитель¬ ности одного пиксела двухдиапазонно¬ го матричного фотоприемного модуля.
Ячейки схемы считывания а) б) Рисунок 4.10 Схема работы одного пиксела двухдиапазонного фотоприемного модуля с одновременным (а) и последовательным (б) считыванием сигнала: ДФД - фотодиод, чувствительный к из¬ лучению на волнах большей длины; КФД - фотодиод, чувствительный к излучению на вол¬ нах меньшей длины; ОКС - промежуточный оптический контактный слой С появлением многодиапазонных фотоприемных модулей, увеличением быстродействия вычислительных мо¬ дулей и сокращением их габаритов главным направлением совершенство¬ вания оптикоэлектронных систем са¬ монаведения стало создание не только многодиапазонных систем самонаведе¬ ния, но и создание принципиально но¬ вых, комплексированных активно¬ пассивных систем (например, теплови- зионно-радиолокационного типа). Наиболее часто рассматриваемые в литературе оптикоэлектронные системы самонаведения ■ Лидарная. ■ Полуактивная лазерная гироста- билизированная. ■ Логическая многоспектральная. ■ Телевизионно-командная на ос¬ нове приемника излучений с за¬ рядовой связью или других по¬ лупроводниковых структур. ■ Телевизионная на базе электро- оптических преобразователей. ■ Телевизионная. ■ Телевизионная на основе види- кона. ■ Телевизионная на основе прием¬ ника излучений с зарядовой свя¬ зью. ■ Тепловизионная на основе пиро- видикона. ■ Тепловизионно-командная на основе пировидикона. Оптикоэлектронные системы са¬ монаведения незаменимы при осуще¬ ствлении наведения с визуальным контактом с целью, которые по- прежнему будут предпочтительны для ВТО класса «воздух-поверх¬ ность» ближнего боя (до 20 км) по оперативно обнаруживаемым целям (по принципу «увидел-поразил»), а также для ВТО с наведением по эта¬ лону или с автоматическим распозна¬ ванием цели. т 315 |
Функционирование ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Телевизионные и лазерные системы самонаведения отличает очень высокая точность и разрешающая способность. Се¬ годня наблюдается в армиях ряда стран возрастание роли и место лазерных систем наведения (самонаведения) ВТО. Неслу¬ чайно сегодня активно создаются для за¬ щиты танков и другой бронетанковой тех¬ ники комплексы оптикоэлектронного по¬ давления, к числу которых можно отнести «Штора» (Россия), LEDS-100 (США), MIDAS (Великобритания), Vuolin Mki (Из¬ раиль), «Варта» (Украина). Эффективность применения лазерных средств в реальных условиях в значитель¬ ной степени определяется свойствами тех возмущающих сред (рис. 4.11), которые, как правило, разделяют передающую и прием¬ ную часть системы или систему и наблю¬ даемый объект (цель). Примером возму¬ щающей среды является атмосфера Земли с неоднородностями различной природы и Рисунок 4.11 Классификация возмущающих полей атмосферы, эффектов их взаимодействия с оптическими полями и возникающих при этом помех
масштабов (облачных, аэрозольных, турбу¬ лентных и т.п.), которые ослабляют и иска¬ жают оптические сигналы (рис. 4.11). Возмущающее действие реальных сред в ряде практических применений РУК настолько существенно, что может привес¬ ти к срыву задач по избирательному пора¬ жению цели. Энергетическое ослабление обуслов¬ лено, с одной стороны, поглощением опти¬ ческого излучения атмосферными газами, а с другой - молекулярным и аэрозольным рассеянием [861]. Флуктуации фазы и амплитуды оптической волны, вызванные турбулентными вихрями (неоднородностями показателя преломления) воздуха нарушают пространственную когерентность, приводят к уширению и блужданию лазерного пучка, пространственно-временным флуктуациям интенсивности, то есть к пространственно- временной модуляции принимаемого сигнала. Для оптикоэлектронных систем су¬ ществует достаточно широкий класс пред¬ намеренных помех, которые носят название оптических [483, 396]. Такого рода предна¬ меренные помехи чаще всего являются аддитивными. Рассмотренные же здесь оптические помехи составляют класс мульти¬ пликативных помех, которые значительно снижают эффективность функционирования лазерных систем. Вместе с тем зависимость работоспо¬ собности данных оптикоэлектронных (ла¬ зерных) систем самонаведения от метеоро¬ логических условий еще более сильная. Правда, сегодня это заключение требует до¬ вольно обстоятельных комментариев (по крайней мере, применительно к РУК), кото¬ рые мы будем делать на примере корабель¬ ных оптикоэлектронных систем [424, 550]. Первые достаточно сложные оптико¬ электронные системы, содержащие низко¬ уровневые телевизионные камеры, теплови- зионные камеры, лазерные дальномеры, появились на кораблях в середине 70-х го¬ дов. На этом этапе оптикоэлектронные сис¬ темы рассматривались как альтернатива ра¬ диолокационным. Основная задача оптико¬ электронной системы, как РУК, состояла в управлении корабельными зенитно¬ артиллерийскими комплексами малой и сверхмалой дальности. В силу целого ряда причин и, прежде всего, из-за очень силь¬ ной зависимости предельных характеристик от метеоусловий оптикоэлектронные систе¬ мы в то время не могли составить серьез¬ ную конкуренцию радиолокационным ко¬ рабельным РУК. По мере совершенствования оптико¬ электронного приборостроения и, в первую очередь, появления высококачественных приемников ИК-излучения, чувствитель¬ ность оптикоэлектронных систем непре¬ рывно увеличивалась. Появились, напри¬ мер, тепловизионные камеры на основе не- охлаждаемых малоинерционных микробо- лометрических матриц с уменьшенным размером пикселя и увеличенным форма¬ том. Одновременно увеличивалась и роль оптикоэлектронных средств в системах ПВО и ПРО корабля. Новый этап в разви¬ тии оптикоэлектронных систем связан с по¬ явлением низколетящих противокорабель¬ ных ракет, которые являются основным и наиболее опасным средством воздушного нападения на корабль. В области обнаруже¬ ния противокорабельных ракет оптикоэлек¬ тронные системы действительно конкури¬ руют и даже имеют преимущества за счет возможности визуального распознавания цели по сравнению с радиолокационными. Современные оптикоэлектронные сис¬ темы даже при неблагоприятных метеоусло¬ виях обнаруживают низколетящие дозвуко¬ вые и сверхзвуковые противокорабельные ракеты сразу же после их появления над ли¬ нией оптического горизонта. Господство¬ вавшее ранее представление о том, что опти¬ коэлектронные и радиолокационные систе¬ мы являются конкурирующими средствами ПВО корабля, сменилось заключением о том, что оптикоэлектронные и радиолокационные системы являются двумя дополняющими друг друга спектральными каналами единой РУК корабля. В такой многоспектральной РУК обнаружение воздушных целей в при- горизонтной полосе шириной в несколько
градусов снимается с радиолокационного ка¬ нала и возлагается на оптикоэлектронную систему. Задача радиолокационного канала в этом случае сводится лишь к подтверждению факта появления цели и измерений дально¬ сти до нее и ее скорости. Однако при обнаружении низколетя¬ щих ракет возникла трудность, связанная с характеристиками и поведением приводно¬ го слоя, который не является оптически од¬ нородной средой: меняющийся во времени перепад температуры на границе вода- воздух и интенсивность испарения воды приводят к непостоянству коэффициента преломления приводного слоя воздуха. Тра¬ ектории распространения оптического сиг¬ нала в приводном слое имеют параболиче¬ скую зависимость от дальности обзора, причем, чем ниже оптический луч проходит над водной поверхностью, тем выше кру¬ тизна соответствующей параболы. Другим специфическим свойством для оптического сигнала в приводном слое яв¬ ляется факт появления ложных отражений от цели (миражей). Подобное явление воз¬ никает при нахождении над поверхностью моря воздушных слоев с различной темпе¬ ратурой. В результате отражения оптиче¬ ских лучей от границы слоев воздуха с раз¬ ной плотностью может появиться ложное отражение от цели. Корабельные оптикоэлектронные РУК можно разделить на два класса: 1) сканирующие системы; 2) смотрящие системы [424]. Исторически первыми были разрабо¬ таны и поступили на флот более простые по конструкции сканирующие обнаружители. В сканирующих обнаружителях просмотр пространства осуществляется за счет меха¬ нического панорамного сканирования поля обзора приемным модулем. Обнаружители, использующие механическое сканирование, имеют ряд серьезных недостатков. Прежде всего, это малая частота обновления ин¬ формации, которая не позволяет использо¬ вать многие эффективные алгоритмы обра¬ ботки сигнала, что особенно важно для об¬ наружения слабоконтрастных целей. Необ¬ ходимость применения гиростабилизиро- ванных платформ для размещения оптиче¬ ских блоков, трудности, связанные с пере¬ дачей большого объема информации с под¬ вижной части оптикоэлектронной системы на неподвижную, значительно усложняют конструкции подобных систем, снижают ее надежность и повышают стоимость. В отличие от сканирующих обнаружи¬ телей, в которых цель наблюдается лишь в короткие интервалы времени, когда объек¬ тив фотоприемного модуля направлен на нее при вращении, в смотрящих обнаружи¬ телях цель постоянно находится в поле зре¬ ния фотоприемного модуля. Одним из на¬ правлений в развитии корабельных смот¬ рящих обнаружителей является создание систем, в которых полное поле зрения раз¬ бивается на ряд более мелких полей, для наблюдения за которыми используются от¬ дельные фото приемные модули. По этой причине такую систему называют системой с распределенной апертурой. В ИК-диапазоне происходит выравни¬ вание излучательных характеристик целей и подстилающей поверхности из-за устано¬ вившегося теплообмена, что существенно уменьшает вероятность правильного обна¬ ружения [452, 453]. За последние годы резко возросло ко¬ личество противокорабельных ракет с теп- ловизионными и оптикоэлектронными сис¬ темами наведения, которые воспроизводят подробное изображение (портрет) цели. Это дает возможность выбора по изображению заданной к поражению цели и наведения ракеты в наиболее уязвимое место. Четко проявилась тенденция комплексирования каналов (датчиков) в интересах повышения эффективности применения противокора¬ бельных ракет. К примеру, применение ра¬ диопоглощающих материалов на корабле для снижения заметности по отношению к активному радиолокационному каналу, по¬ вышает заметность корабля в пассивном ра- диотепловом канале системы самонаведе¬ ния для того же диапазона волн. Аналогич¬ но, архитектурные средства радиолокаци¬ онной защиты в виде завалов поверхностей
надстроек и мачт повышают контраст ко¬ рабля в радиотепловом канале системы са¬ монаведения. Поэтому для преодоления ра¬ диолокационной защиты корабля целесооб¬ разно комбинировать активный радиолока¬ ционный канал системы самонаведения с пассивным радиотепловым каналом. Применение тепловизионных систем самонаведения привело к полной потере эффективности применяемых ложных то¬ чечных тепловых целей. Тепловизионное изображение фоно-целевой обстановки, формируемой тепловизионной системой самонаведения позволяет детально анали¬ зировать тепловую картину, обнаруживать в ней корабль, а на дальностях до 10... 15 км при соответствующих гидрометеоусловиях распознавать его и выбирать точку прице¬ ливания на его изображении. Высокая раз¬ решающая способность, чувствительность, развитые алгоритмы пространственно вре¬ менной обработки тепловых и вторичных лазерных излучений в современных тепло¬ визионных и лазерных систем самонаведе¬ ния превратили современные противокора¬ бельные ракеты в поистине высокоточное противокорабельное оружие. Вопросы помехоустойчивости оптико¬ электронных систем самонаведения стали актуальными в связи с тем, что по своей су¬ ти эти системы являются ВТО [483]. Особое внимание привлекают те методы подавле¬ ния, где нужна идентифицирующая инфор¬ мация о типе и технических характеристи¬ ках подавляемого устройства. Здесь выде¬ ляются оптикоэлектронные средства, в ко¬ торых осуществляется модуляция потока оптического излучения с целью повышения конфликтной устойчивости их функциони¬ рования в условиях организованного опти¬ коэлектронного противодействия [264]. В связи с этим указанные оптикоэлектронные системы самонаведения обладают ярко вы¬ раженными динамическими рассеивающи¬ ми свойствами, позволяющими идентифи¬ цировать тип, характеристики и текущее со¬ стояние цели. Эффективным средством противодей¬ ствия оптикоэлектронным системам само¬ наведения уже достаточно долгое время вы¬ ступают ложные тепловые цели [265]. Ме¬ тоды борьбы с такими ложными целями ос¬ нованы на оценке траекторных и скорост¬ ных различий цели тепловых ловушек. Сравнение оптикоэлектронных И РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Выше отмечалось, что в системах са¬ монаведения оптикоэлектронные средства стали практически всегда выступать «в связке» с радиолокационными средствами. По этой причине целесообразно остано¬ виться на сравнении этих двух групп сенсо¬ ров с точки зрения обеспечения избира¬ тельного поражения. Преимущества радиолокационных систем самонаведения ■ Работа радиолокационных систем са¬ монаведения не зависит от наличия оп¬ тической видимости и эффективна не только в дневные, но и в ночные часы, в тумане, при дожде и снегопаде. Радиолокационные системы обеспе¬ чивают большую дальность действия. Активные радиолокационные системы самонаведения непосредственно и с высокой точностью измеряют даль¬ ность до целей, чего не могут визу¬ альные системы из-за пассивного ха¬ рактера своей работы. Радиолокационные системы непосред¬ ственно измеряют расстояние до цели и ее скорость. Модули интерпретации полученной радиолокационной информации для 319
нужд систем самонаведения сравни¬ тельно просты и позволяют сформи¬ ровать эффективные процедуры управления ракетой. Основные недостатки радиолокационных систем самонаведения ■ Слабая интенсивность рассеяний от ■ большинства целей, малая мощность принимаемых рассеянных сигналов при большой мощности зондирующих сигналов. ■ Меньшая возможность распознавания ■ (различения) характера целей. ■ Меньшая точность определения угло¬ вых координат вследствие меньшей направленности антенных модулей. ■ Сравнительно высокая стоимость. ■ Низкая помехоустойчивость по отно¬ шению к естественным и особенно ис¬ кусственным помехам, что объясняет¬ ся активным характером работы по¬ давляющего числа радиолокационных систем самонаведения. Применительно к радиолокационным системам самонаведения точность попада¬ ния в цель, сопоставимую с оптикоэлект¬ ронными системами, может обеспечить лишь миллиметровый и терагерцовый диа¬ пазоны длин волн. С целью обеспечения наименьшего влияния метеоусловий на ра¬ боту систем самонаведения управляемых боеприпасов наиболее оправданным являет¬ ся использование длинноволновой (около 8 мм) или коротковолновой (около 3 мм) областей миллиметрового диапазона длин волн. Использование в радиолокационных системах самонаведения длинноволновой области миллиметрового излучения обес¬ печивает: ■ меньшее затухание при распростране¬ нии излучения в атмосфере и, как следствие, большую дальность дейст¬ вия радиолокационной системы само¬ наведения; ■ более широкий главный луч диаграм¬ мы направленности антенны, что по¬ зволяет сократить время обзора задан¬ ной зоны поиска, а в отдельных случа¬ ях и вообще отказаться от сканирова¬ ния лучом. Преимущества использования коротковолновой области миллиметрового излучения Более высокая угловая разрешающая способность радиолокационной сис¬ темы самонаведения, определяемая отношением длины волны к допусти¬ мому размеру апертуры антенны. Сложность создания системам само¬ наведения ракетного оружия активных преднамеренных помех. В свою очередь, разработка, освоение и внедрение лазеров позволили создать оп¬ тикоэлектронные системы самонаведения, реализующие принципы оптической лока¬ ции и радиолокации. Преимущества оптоэлектронных систем самонаведения ■ большие точность измерения угловых координат и разрешающая способ¬ ность по угловым координатам благо¬ даря очень узким диаграммам направ¬ ленности, что объясняется использо¬ ванием длин волн на четыре порядка меньших, чем в радиолокационных системах самонаведения; ■ Большая точность измерения дальности. ■ Меньшая масса, габаритные размеры и сложность передающих и приемных антенн и всей системы. ■ Высокая точность измерения коорди¬ нат цели при малых углах места, обу¬ словленная отсутствием рассеяний от Земли и местных предметов. Высокие точность измерения скоро¬ сти и разрешающая способность по скорости, возможность измерения очень малых скоростей, что обуслов¬ лено большим доплеровским сдвигом частоты. Относительно большая помехоустой¬ чивость против преднамеренных по¬ мех, которая объясняется высокой на¬ правленностью приемных антенн.
■ Высокая электромагнитная совмести¬ мость, обусловленная большой шири¬ ны спектра оптического диапазона. Лазерные линии связи, используя окно прозрачности морской воды в сине-зеленой части оптического спектра обеспечивают помехоустойчивую, надежную и оператив¬ ную передачу информации под воду и об¬ ратно [468]. С помощью лазеров можно осуществлять сканирование морского дна. Лазерные технологии обеспечивают: ■ Высокопроизводительный поиск под¬ водных объектов. ■ Скрытную двустороннюю адаптивную связь между глубоко погруженным и воздушным или космическим объек¬ тами на основе асинхронного квази- смещенного обращения запросного лазерного луча. ■ Определение местоположения погру¬ женных подводных объектов относи¬ тельно ориентира. Недостатки систем самонаведения, действующих по принципам оптической локации ■ Сильное затухание лазерного излуче¬ ния в тумане, дожде и снегу, что резко снижает дальность его действия в на¬ земных условиях. ■ Сложность наведения узкого луча сис¬ темы на цель, большое время обзора. Кроме того, при сопоставлении опти¬ коэлектронных и радиолокационных систем самонаведения необходимо учитывать еще и уровень развития элементной базы, преж¬ де всего освоенность производства СВЧ- приборов. Приоритет в этом направлении остается за СВЧ-приборами длинноволно¬ вой части миллиметрового диапазона длин волн. В настоящее время в мире активно создаются системы самонаведения 3 мм диапазона, работающих в режимах с реаль¬ ным лучом и потенциально обеспечиваю¬ щие высокие точности конечного наведения на все типы наземных целей, в том числе - боевую технику. Такое направление дея¬ тельности по созданию систем самонаведе¬ ния сегодня активно развивается в АО «НПП «Радар ммс». Решены основные проблемы создания радиолокационных сис¬ тем высокоточного наведения на наземные цели (малоразмерная боевая техника и за¬ данные элементы военно-инженерных и во¬ енно-промышленных объектов) на базе сис¬ тем самонаведения 3 мм диапазона, совме¬ щающих режимы «точечного» самонаведе¬ ния на малоразмерные цели и корреляцион¬ ного (корреляционно-экстремального) наве¬ дения в заданный элемент сложной цели с распознаванием подготовленных до полета ее эталонных изображений. В 3-миллиметровом диапазоне обна¬ ружено значительное возрастание ЭПР всех типов наземной боевой техники и кораблей. В последнее время активно разраба¬ тываются системы пассивного радиовиде¬ ния [418, 348], хорошо работающие в усло¬ виях плохой видимости (туман, снег, дождь, смог). И это их отличает от систем, рабо¬ тающих в ИК-диапазоне, которые не в со¬ стоянии функционировать в условиях силь¬ ного тумана, снега, дымки - системы пас¬ сивного радиовидения лишь несколько снижают качество изображения. Оценим в рамках сравнения оптико¬ электронных и радиолокационных систем самонаведения способы борьбы с «оптиче¬ ским» наведением. Широкое оснащение различных видов и родов войск практиче¬ ски всех государств высокоэффективными оптическими средствами, тепловизионной техникой и лазерными системами наведения потребовало применения достаточно на¬ дежных способов защиты от них потенци¬ альных объектов поражения (как подвиж¬ ных, так и стационарных). Существенная роль при этом отводится оптикоэлектрон¬ ным средствам подавления, к которым от¬ носятся: дымы, аэрозольные облака, ИК- поглощающие сети, пиротехнические ло¬ вушки, трассеры. Наиболее распространены дымовые средства, получившим в послед¬ нее время дальнейшее развитие в армиях стран НАТО, которые могут использоваться в различных условиях боевой обстановки:
дымогенераторы, авиационные бомбы, кас¬ сеты, дымовые снаряды, мины, гранаты, па¬ троны и шашки, термодымовая аппаратура для боевых машин и другие устройства. Большое внимание уделяется поискам но¬ вых дымообразующих (аэрозольных) ве¬ ществ, способных снижать эффективность современных систем ВТО, оснащенных оп¬ тическими, ИК- и радиолокационными уст¬ ройствами обнаружения и наведения на цель. В США еще в начале 70-х годов для танков М60А1 была создана термодымовая аппаратура, принцип действия которой ос¬ новывается на образовании искусственного тумана (дыма) при выброске распыленного дизельного топлива в поток отработавших газов двигателя. Получаемая при этом паро¬ газовая смесь, соприкасаясь с воздухом, конденсируется в мельчайшие капли и об¬ разует туман. Американские специалисты отмечают такие достоинства этой аппарату¬ ры, как простота, возможность регулирова¬ ния и непрерывность дымообразования, а также многократность постановки дымовых завес. Кроме того, широко используются различные маскировочные средства (сети, покрытия и т.д.), серийное производство которых налажено во многих странах мира. Относительно новым средством «си¬ лового» подавления оптикоэлектронных систем конечного наведения являются ксе- ноновые лампы большой мощности, кото¬ рые успешно «ослепляют» оптикоэлектрон¬ ные системы самонаведения. В условиях массированного применения современных оптикоэлектронных средств подавления точность наведения при помощи оптико¬ электронных средств может быть сущест¬ венно снижена. После сравнения радиолокационных и оптических систем с точки зрения радиофи¬ зических принципов и тактико-технических характеристик, ограничивающих функцио¬ нальные возможности сравниваемых систем самонаведения, продолжим это сравнение, но уже как систем самонаведения ракетного ВТО, осуществляющих коррекцию полета маловысотных крылатых ракет на конечном участке траектории за счет уточнения по¬ ложения в районе цели, выработки коррек¬ тирующих поправок и выдачи их в систему самонаведения. Общий принцип действия обеих систем сходен и заключается в выра¬ ботке навигационных поправок при сопос¬ тавлении текущих и эталонных изображе¬ ний местности. Независимо от типа системы, коррек¬ ция траектории крылатой ракеты на конеч¬ ном участке полета требует в общем случае нескольких сеансов включения процедур коррекции траектории. Принципиальным отличием радиоло¬ кационной системы по сравнению с оптико¬ электронной является активный принцип съема данных при переднем (переднебоко¬ вом) обзоре и возможность сканирования диаграммы направленности антенны систе¬ мы самонаведения в широком секторе. Это обеспечивает ряд преимуществ радиолока¬ ционной системе по сравнению с оптико¬ электронной как тактического, так и техни¬ ческого характера. В отличие от оптикоэлектронных сис¬ тем при радиолокационном наблюдении реализуется прямой информационный кон¬ такт с радиоконтрастной целью и самонаве¬ дение на нее, гарантирующее прямое наве¬ дение и попадание в контур цели. Важно отметить, что эта возможность сохраняется и для компактных объектов, размеры кото¬ рых не превышают 10... 12 м. В случае при¬ менения оптикоэлектронных систем, рабо¬ тающих на конечном участке «по счисле¬ нию», эффективность наведения на ком¬ пактные объекты невелика за счет ошибки взаимной привязки зоны последней коррек¬ ции и цели и накопления ошибок ИНС. Радиолокационные системы самона¬ ведения, в отличие от оптических систем, используют свойство универсальности по целям за счет сходства характера рассеяния радиоволн для широкого класса объектов (например, надводных - кораблей и судов различного назначения). Эта универсаль¬ ность реализуется программно-алгоритми¬ ческими средствами при практически неиз¬ %• * ■ 322
менном аппаратурном составе радиолока¬ ционной системы самонаведения. Реализация свойства универсальности по целям дает возможность сократить но¬ менклатуру используемых средств ВТО, а также средств проверки, подготовки и пуска ракет и тем самым существенно снизить за¬ траты на разработку и эксплуатацию образ¬ цов ВТО. При этом автоматически расши¬ ряется круг решаемых комплексом ВТО боевых задач, повышается гибкость его боевого применения в целом. Подавляющее большинство целей, намечаемых к поражению в операциях ВМФ, находится непосредственно у среза воды или в узкой прибрежной полосе. К ним относятся военно-морские базы и пор¬ ты, верфи и судоремонтные заводы, посты гидроакустического обнаружения, РЛС контроля надводной и воздушной обстанов¬ ки и др. При использовании оптикоэлект¬ ронных систем самонаведения требуется обязательный выход ракеты на сушу и про¬ лет над ней для выполнения цикла коррек¬ ций траектории по наземным ориентирам. При этом: а) не обеспечивается прямая ата¬ ка береговых целей с моря; б) не обеспечи¬ вается стрельба на дальностях «ракетное средство поражения - цель», близких к пре¬ дельным, за счет введения обязательного сухопутного участка; в) возрастает вероят¬ ность поражения атакуемых ракет за счет их попадания в пределы опасных для пролета зон (береговые системы ПРО-ПВО). Эти факторы в совокупности приводят к снижению боевой устойчивости ракетного ВТО и его носителей, неоправданному за¬ вышению расхода ракет, ограничениям по их боевому применению. В то же время, применение переднего (переднебокового) обзора обеспечивает ра¬ диолокационным системам самонаведения принципиальную возможность выполнения коррекции траектории без захода ракетного ВТО на сушу и прямой атаки береговых объектов с моря. Возможность быстрого сканирования диаграммы направленности антенны радиолокационной системы само¬ наведения в достаточно широком секторе углов (а с применением активных фазиро¬ ванных антенных решеток - АФАР практи¬ чески мгновенно осуществляется переброс луча диаграммы направленности) обеспечи¬ вает повышенную гибкость выбора опор¬ ных участков местности при планировании стрельбы, коррекции полета ракеты и обес¬ печения избирательного поражения цели, что представляется важным при планирова¬ нии стрельбы ВТО в районах с малоинфор¬ мативным ландшафтом. Как уже отмечалось, оптикоэлектрон¬ ные системы самонаведения из-за значи¬ тельного затухания оптических сигналов в осадках, облачности, тумане накладывают ряд очень серьезных ограничений по бое¬ вому применению ВТО. Можно в связи с этим заявлять о всепогодности и круглосу- точности применения именно радиолокаци¬ онных систем самонаведения. Важной характеристикой при оценке качества системы самонаведения является обеспечиваемая разрешающая способность на местности, непосредственно влияющая на точность работы. Здесь оптикоэлектрон¬ ные системы самонаведения составляют серьезную конкуренцию радиолокацион¬ ным, как имеющие в целом более высокий уровень разрешения на местности и, каза¬ лось бы, потенциально более высокую точ¬ ность. Но, как оказывается, радиолокацион¬ ные системы самонаведения способны па¬ рировать вызов по точности со стороны оп¬ тикоэлектронных средств тактикой прове¬ дения коррекции траектории полета и применяемыми процедурами обработки ра¬ диолокационных сигналов [771]. Хотя, в принципе, оптикоэлектронные системы са¬ монаведения из-за высокой разрешающей способности и, используя практически те же ухищрения по наращиванию точностных характеристик, потенциально могут выйти на более высокую точность наведения ВТО на цель. Для функционирования каждой из рассматриваемых систем необходима пред¬ варительная подготовка полетных заданий, включающих опорную (эталонную) инфор¬ мацию. В этом случае технология подготов¬
ки плановых изображений лучше отработа¬ на для оптикоэлектронных систем самона¬ ведения. Такая технология базируется на фотоснимках, полученных средствами аэ¬ рофоторазведки или с помощью космиче¬ ских аппаратов. Для радиолокационных систем само¬ наведения требуется получать радиолока¬ ционные изображения, которые потом бу¬ дут трансформироваться в цифровые карты и модели местности в районе цели, с высо¬ кой дискретностью, да еще и для малых вы¬ сот полета и пологих углов визирования, что представляет собой самостоятельную серьезную научно-техническую задачу, ре¬ шение которой сопряжено с необходимо¬ стью проведения обширного натурного экс¬ перимента. К преимуществам оптикоэлектронных систем самонаведения следует также отне¬ сти существенно меньшие стоимостные и массогабаритные характеристики. Однако, как бы внушительны не были успехи в радиолокационных системах самонаведения ВТО - будущее, несомненно, в комбинирова¬ нии разнообразных информационных сенсоров. Сейчас комбинированные системы самонаведения чаще всего объединяют в единый интегрированный ракетный ком¬ плекс пассивные и активные системы, а также, как только что отмечалось, радиоло¬ кационные и оптические системы самона¬ ведения. Для расширения условий боевого применения, повышения точности наведе¬ ния (самонаведения) и помехозащищенно¬ сти сегодня идут именно по пути создания унифицированной, универсальной по целям комбинированной радиолокационно-опти¬ коэлектронной системы конечного наведе¬ ния, причем, с использованием как актив¬ ных, так и пассивных каналов, а также ра¬ диометрических информационных средств. Системы самонаведения могут объединять в своем составе разнородные сенсоры, как конструктивно, так и информационно. Для организации совместной логики функцио¬ нирования разнообразных сенсоров в сис¬ темах самонаведения предусматривается открытая архитектура информационных ре¬ сурсов, позволяющая еще и упростить про¬ ведение модернизации. Сейчас также ста¬ вится задача использования в системах са¬ монаведения сверхширокополосных сигна¬ лов и формирования соответствующих ин¬ формационных каналов. Применительно к перспективам вклю¬ чения в канал самонаведения оптикоэлек¬ тронных и тепловизионных средств следует отметить появление матричных фотоприем¬ ных модулей и неохлаждаемых микроболо- метрических матриц, а применительно к ак¬ тивным и пассивным радиолокационным системам, появление микроэлектронных твердотельных СВЧ-компонентов, позво¬ ляющих значительно расширить частотные диапазоны функционирования, значительно уменьшить массогабаритные характеристики этих систем, обеспечив возможность их при¬ менения в системах самонаведения малых ракет и управляемых снарядов. В последние годы интенсивное развитие получили твер¬ дотельные лазеры нового поколения - с ди¬ одной накачкой [867, 511, 852]. Эти лазеры компактны, просты в устройстве и эксплуа¬ тации, отличаются высокой надежностью и экономичностью, обладают очень стабиль¬ ными временными и пространственными ха¬ рактеристиками излучения лазерного пучка. Появилась реальная возможность соз¬ дания и применения АФАР в составе ра¬ диолокационных систем самонаведения управляемого ВТО, для которого необхо¬ дима реализация быстрого обзора района цели, в том числе в управляемых снарядах залпового огня [333]. АФАР, по существу, делают весь радиолокационный тракт сис¬ тем самонаведения цифровым (например, разработчики ракетного оружия, где уста¬ навливаются системы самонаведения про¬ изводства АО «НПП «Радар ммс» все чаще стали заявлять о том, что их ракеты стали полностью цифровыми) и с конформными антенными системами. Уже явно встает на повестку дня не¬ обходимость использования в структуре
систем самонаведения модулей, выполнен¬ ных в рамках нанотехнологий, а также мик- роэлектромеханических модулей (MEMS). Итак, сравнение двух базовых вари¬ антов построения системы самонаведения вновь выводит на необходимость в соста¬ ве одной системы комбинировать радио¬ локационный оптикоэлектронный инфор¬ мационный каналы, когда оптический ка¬ нал для завершающего участка полета вы¬ ступает в роли доводочного, объединяя достоинства и парируя (компенсируя) слабые позиции каждого из информаци¬ онных каналов. Описание цели в информационном канале ОПТИКОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ Моделирование оптикоэлектрон¬ ных систем, точнее, радиолокацион¬ ных каналов для таких систем значи¬ тельно отличается от моделирования радиолокационных систем. Описанию излучательных и рассеивающих свойств целей для оптикоэлектрон¬ ных систем сегодня посвящена доста¬ точно обширная литература, причем соответствующие проблемы таких описаний (и измерений!) достаточно подробно и хорошо рассмотрены в недавно вышедших монографиях [481, 693, 876, 482, 516], что позволя¬ ет здесь не «зацикливаться» по суще¬ ству на воспроизведении уже извест¬ ных материалов. Если цель является сосредото¬ ченной (точечной, одиночной, эле¬ ментарной), а для этого в зависимости от ее архитектуры нужно находиться на достаточно далеком расстоянии от оптикоэлектронной системы, то про¬ блем с описанием координатных ха¬ рактеристик такой цели не возникает. Трудности возникают при воспроиз¬ ведении некоординатных характери¬ стик. Можно считать, что некоорди¬ натные характеристики цели при на¬ блюдении их активными оптикоэлект¬ ронными системами сводятся к оцен¬ ке характеристик рассеяния падающе¬ го на них оптического излучения. Та¬ кая категоричность в выборе некоор¬ динатных характеристик цели обу¬ словлена тем, что согласно теоремам единственности электродинамики по измеренным (правда, специально вы¬ бранным) характеристикам рассеяния можно в принципе однозначно оце¬ нить граничные условия (а значит, размер, поверхность, форму) цели. Можно ввести еще для флуктуи¬ рующих целей такое понятие, как шум рассеивателя, который определяется дисперсиями флуктуаций компонент, называемыми некогерентными пара¬ метрами. Матрица шума рассеивателя не несет никакой полезной информа¬ ции о свойствах цели. При оценке оптической наблю¬ даемости целей оптикоэлектронными РУК и системами самонаведения остро встает проблема задания статистиче¬ ских моделей, описывающих поведе¬ ние цели и условий ее наблюдения. Например, приходится считать, что цель наблюдается, как правило, в слу- чайно-неоднородной среде [695, 350]. Здесь уже объекты моделирования
(элементы радиолокационного канала) оптикоэлектронной системы в рамках описания неопределенности вторыми статистическими моментами требуют использования матричных функций пространственно-временной когерент¬ ности, функций Грина и структурных характеристик [484, 194]. Технологии фотоники В СИСТЕМАХ САМОНАВЕДЕНИЯ Сейчас в системах самонаведения, где в информационном канале используются технологии оптики, стал активно использо¬ ваться также термин радиофотоника (ра- диоэлектроника+фотоника). Фотоника - это информационная технология, исполь¬ зующая кванты света - фотоны в качестве носителя информации. В современном по¬ нимании фотоника означает широкую об¬ ласть знаний, в которой изучаются разнооб¬ разные явления и системы, связанные с оп¬ тическим излучением (фотонами). Европей¬ ский союз признал фотонику одной из пяти самых эффективных и экологичных техно¬ логий, обеспечивающих значительное улучшение качества жизни. Одним из наи¬ более значимых продуктов развития фото¬ ники являются телекоммуникационные во- локонно-оптические системы, которые в наше время заняли основное место в миро¬ вой инфраструктуре сетей связи, а значит и в структуре РУК и систем самонаведения ВТО [210, 758]. Общий принцип функцио¬ нирования таких систем состоит в электро- оптическом преобразовании информацион¬ ного сигнала, передаче модулированного оптического сигнала по волоконному свето¬ воду и обратном оптикоэлектрическом пре¬ образовании в диапазон модулирующих частот. Именно широкая номенклатура оп¬ товолоконных систем передачи информа¬ ции, включающих высококачественные устройства генерации, модуляции и регист¬ рации света, а также оптических направ¬ ляющих систем (фидеров) - оптических во¬ локон, нашла свое применение при решении радиоэлектронных задач, что и привело к появлению радиофотоники. Фотоника включает оптикоэлектрони- ку, волоконную оптику и лазеры. Элементы фотоники можно разделить на активные и пассивные. К активным относятся источни¬ ки оптического излучения, приемники оп¬ тического излучения, модуляторы, демоду¬ ляторы, мультиплексоры, демультиплексо¬ ры, фазовращатели и другие электропо¬ требляющие элементы. К пассивным эле¬ ментам относятся оптические волноводы, микролинзы, микрозеркала, дифракционные решетки, делители и пр. Для электроопти- ческого преобразования в волоконно- оптических системах повсеместно исполь¬ зуются полупроводниковые лазерные излу¬ чатели, единственным представителем ко¬ торых с самого начала развития таких сис¬ тем являются лазерные излучатели с торце¬ вым излучением и горизонтальным резона¬ тором. В начале 1990-х годов был изобретен полупроводниковый лазерный излучатель другой конструкции - поверхностно излу¬ чающий лазер с вертикальным резонатором VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), которую отличало поверхностное излучение из вертикального микрорезонатора [215]. Преимущества применения VCSEL ■ Миниатюрность (длина резонатора почти на два порядка меньше). ■ Низкий пороговый ток генерации. ■ Малая мощность потребления (в 5- 10 раз). ■ Лучшая эффективность ввода в волок¬ но за счет пространственной симмет¬ ричности и относительно малой рас¬ ходимости выходного луча (10-12° против 30-40°).
■ Существенно меньшая температурная зависимость порогового тока и энер¬ гетической характеристики. ■ Простота обеспечения одночастотного режима. ■ Относительно широкая полоса непре¬ рывной перестройки длины волны (5-7 нм). ■ Простота формирования двумерной лазерной решетки на одной подложке. ■ Экономичность за счет возможности тестирования в процессе производства на пластине. Этот частный пример выбран в силу того, что на VCSEL лазер сегодня нацели¬ лись создатели систем самонаведения, по¬ скольку использование таких лазеров сулит качественный скачок в конструкции и ха¬ рактеристиках навигационных систем ВТО, а также для того, чтобы продемонстриро¬ вать тот факт, что лазеры постоянно нахо¬ дятся в развитии, причем как в мощном (энергетическом) [572], так и в маломощ¬ ном (сигнальном) приложении, что посто¬ янно нужно отслеживать разработчикам систем самонаведения и РУК. Использова¬ ние лазеров VCSEL на сегодняшний день является базовым подходом при реализации многоканальных высокопроизводительных систем информационного обмена. Главным критерием развития фотоники принято счи¬ тать скорость передачи информации на рас¬ стояние одного регенерационного (пере- приемного) участка. Радиофотоника - междисциплинар¬ ная область науки, изучающая вопросы применения и обработки радиоэлектрон¬ ных сигналов в оптическом диапазоне с использованием элементной базы инте¬ гральной и волоконной оптики. Иногда как синоним используют термин СВЧ- оптоэлектроника, появившаяся в результа¬ те интеграции оптоэлектроники и СВЧ- радиоэлектроники [214, 257]. Суть радиофотонного принципа по¬ строения радиоэлектронных систем состоит в том, что входной сигнал СВЧ-диапазона электрооптическим преобразователем кон¬ вертируется в оптический диапазон. Основ¬ ным методом переноса радиосигнала на оп¬ тическую несущую в радиофотонике явля¬ ется электрооптическое взаимодействие. Модуляторы, построенные на основе этого явления, способны обеспечивать полосы рабочих частот в несколько десятков гига¬ герц, однако они не могут реализовывать пространственное преобразование Фурье, являющегося основным преимуществом акустоптики с точки зрения перспектив встраивания оптических технологий в ин¬ формационную платформу комплекса ВТО. Модулированный оптический сигнал при помощи волоконнооптических либо инте¬ гральных оптических узлов обрабатывается или просто передается в указанную точку системы, где выполняется обратное оптико¬ электрическое преобразование в СВЧ- диапазон. То есть, радиофотоника, если ис¬ ходить из порядка совершаемых с сигналом преобразований есть в определенном смыс¬ ле контроверза оптикоэлектронным техно¬ логиям. По сравнению с волоконнооптиче¬ скими системами в радиофотонной аппара¬ туре помимо передачи в оптическом диапа¬ зоне осуществляется непосредственная об¬ работка оптического излучения, несущего радиосигнал. В этом случае говорят о тех¬ нологиях радиооптики [866]. В традицион¬ ных радиоэлектронных системах аналогич¬ ная обработка выполняется с помощью функциональных элементов радиодиапазо¬ на. Перенос операции обработки в оптиче¬ ский диапазон упрощает общую схему ра¬ диоэлектронной системы и повышает ее ключевые технические показатели, такие как быстродействие, рабочая полоса частот, массогабаритные характеристики, динами¬ ческий диапазон, электромагнитная совмес¬ тимость, имитостойкость и др. В радиофо- тонных модулях, как правило, не требуется излучение лазера со значительной мощно¬ стью. Очень серьезный прогресс (интенсив¬ ный путь развития, см. Введение) в созда¬ нии систем самонаведения призваны обес¬ печить интенсивно разрабатываемые в рус¬ ле радиофотоники оптические спектроана¬ лизаторы. Эти модули используют метод
пространственного преобразования Фурье, являющегося естественной для оптики опе¬ рацией [172]. В первую очередь к ним отно¬ сятся акустооптические спектроанализато¬ ры, отличающиеся от цифровых устройств простотой реализации спектрального анали¬ за в широкой полосе частот. Стоит отме¬ тить, что полоса анализа акустооптического спектроанализатора ограничена параметра¬ ми акустооптического модулятора - моду¬ ля, реализующего преобразование электри¬ ческого сигнала в пространственно- временное распределение коэффициента преломления рабочей среды, что позволяет перенести информацию на оптическую не¬ сущую. Наибольшие ожидания от широкого применения радиофотонных4 технологий связываются с АФДР (точнее, с ее распре¬ делительной системой), прежде всего, с кардинальным решением проблемы жидко¬ стного охлаждения. Вообще же, нагрев ан¬ тенного полотна увеличивает ИК- заметность такой антенны. Решение указан¬ ной проблемы видится в переводе работы как элементов, так и всех блоков АФАР в оптический диапазон на фотонную эле¬ ментную базу с последующим преобразова¬ нием сигналов в радиочастоты для излуче¬ ния и приема радиочастотными излучате¬ лями [377, 430]. При помощи оптических линий передачи можно конструктивно раз¬ нести антенное полотно и основные источ¬ ники тепловыделения, а также использовать технологию нанофотонных интегрально¬ оптических схем. Снижение размеров и массы приемопередающих модулей дает возможность интеграции конформных АФАР в саму конструкцию ракеты и/или ракетоносца. Ключевым элементом систем радио- фотоники является подсистема формирова¬ ния модулированного лазерного излучения, обеспечивающая как перенос радиосигнала в оптический диапазон, например, с целью измерения мгновенной частоты, так и фор¬ мирование полигармонического оптическо¬ го сигнала с разностной частотой, лежащей в радиодиапазоне, например, для генерации непрерывной радиочастоты, равной разно¬ стной, после фото детектирования. При этом, как правило, используется либо от¬ дельный набор лазеров, разнесенных на частоту радиосигнала, либо лазеры с внеш¬ ней модуляцией на основе электрооптиче- ских модуляторов с рабочим диапазоном частот до 40-60 ГГц амплитудного, фазово¬ го, амплитудно-фазового и поляризацион¬ ного типов. В основе фотонных технологий лежит передача энергии в диэлектрике между свя¬ занными состояниями электронов с помо¬ щью фотонов. Фотоны как частицы не об¬ ладают зарядом, их размеры менее 1 мкм. Они рождаются и исчезают при электрон¬ ных переходах внутри атома, что позволяет создавать модули без потерь энергии. Ми¬ нимальный объем бита (под объемом бита понимается физический размер пространст¬ ва, занимаемый электромагнитным полем бита информации) можно оценить как вели¬ чину порядка ~А3 независимо от общей энергии связанной с передачей информации в фотонных микросхемах. Энергоемкость бита, оцениваемая энергией, в среднем за¬ трачиваемой на один бит информации при ее преобразовании и передаче, которая мо¬ жет быть рассчитана как произведение средней мощности устройства на величину, обратную частоте модуляции управляюще¬ го поля, для фотонных микросхем зависит от числа фотонов N., так что ~Nhv. Предельное значение частоты моду¬ ляции (частота модуляции определяет скорость обработки и передачи информа¬ ции) приближается к частоте фотона v, а число фотонов в бите к одному. Поэтому характерные предельные параметры фо¬ тонных модулей имеют значения: мини¬ мальный размер бита - 10“13 м3, энергоем¬ кость 10"17 Дж, а предельная частота моду¬ ляции 1014 Гц. Эти значения являются пре¬ дельными по природе работы модуля на ос¬ нове электромагнитного поля, дальнейший рост частоты приводит к росту энергоемко¬ сти бита информации. В области энергий фотонов, соответ¬ ствующих электромагнитной области спек¬
тра, происходит превышение энергии связи электрона с атомом, что создает трудности во взаимодействии фотона с атомами твер¬ дого тела - они при взаимодействии стано¬ вятся свободными и могут приводить к раз¬ рушению рабочей структуры чипа. Оптиче¬ ская область спектра для фотонных техно¬ логий является оптимальной, потому что фотонные микросхемы на основе твердо¬ тельных диэлектриков позволяют создать стабильно работающие модули. Устройства фотоники представляют собой совокупность оптических модулей и оптических линий передачи для создания, обработки и передачи оптических сигналов. Оптическим сигналом служит модулиро¬ ванное оптическое излучение лазера (свето¬ диода), которое в виде совокупности раз¬ личных типов оптических волн (мод) пере¬ дается по оптическому волокну линии пе¬ редачи, где поток фотонов канализируется только в пассивной части системы - в опти¬ ческом кабеле. Формирование же оптиче¬ ских импульсов, или усиление, коммутация потоков информации, регенерация сигналов и т.д. осуществляется с помощью оптико¬ электронных устройств. Применение таких устройств гарантирует повышение помехо¬ устойчивости и снижение величины потерь, снижение массогабаритных параметров распределительных систем по сравнению с коаксиальными и волноводными аналогами. Реально сегодня качественный прогресс ве¬ дущие специалисты по ВТО видят только в микроэлектронике и фотонике. Например, к настоящему времени тех¬ нологии электронных АЦП обеспечивают возможности выполнения серийными моду¬ лями преобразований со скоростями дис¬ кретизации свыше 60 Гвыборок/с для сиг¬ нала с шириной полосы частот более 15 ГГц при достижении эффективного числа бит более 8, имеются также сведения о новей¬ ших экспериментальных модулях с еще бо¬ лее высокими характеристиками. Тем не менее, прогресс характеристик АЦП суще¬ ственно ниже, в сравнении, например, с прогрессом микропроцессоров. Так, в пери¬ од с 1980 по 2000 годов относительная про¬ изводительность цифровых процессоров Intel возросла на 4 порядка, в то время как скорость преобразования серийных элек¬ тронных АЦП за тот же период увеличилась лишь в 10 раз. В настоящее время общепри¬ знанно, что наиболее существенно на функ¬ циональных характеристиках АЦП сказы¬ ваются шумы системы, ограничения энерге¬ тики сигнала, ограничения временных ха¬ рактеристик элементной базы, определяю¬ щие неопределенность компараторов и апертурную ошибку, фундаментально огра¬ ничивающуюся соотношением неопреде¬ ленности Г ейзенберга. Фотонные АЦП имеют возможность достигать высокой скорости преобразова¬ ния при приемлемой точности: в начале 1980-х годов были продемонстрированы системы со скоростью на уровне Г выбо¬ рок/с, на рубеже 1990- и 2000-х годов про¬ демонстрированы возможности достижения сотен Г выборок/с, в 2000-е годы - достиг¬ нуты скорости преобразования на уровне Т выборок/с, экспериментально показаны на настоящий момент и возможности повыше¬ ния точности преобразования за счет высо¬ кой стабильности временных характеристик лазерных источников света. Новый рост интереса к фотонным АЦП, наблюдавшийся в начале 2000 годов обусловлен потенциальными возможностя¬ ми оптики в плане снижения апертурной ошибки и неопределенности компараторов, что позволяет надеяться на повышение час¬ тоты дискретизации и увеличения эффек¬ тивного числа бит преобразования. На сего¬ дняшний день наиболее проработаны и ис¬ следованы варианты фотонных АЦП с оп¬ тической дискретизацией, в том числе с ис¬ пользованием демультиплексирования, а также системы с оптической предобработ¬ кой за счет временного растяжения оптиче¬ ского сигнала. Можно заявлять о достижимости при использовании различных технологий фо¬ тонного аналого-цифрового преобразования скоростей преобразования в диапазоне от десятков до сотен гигавыборок в секунду при относительно приемлемой точности.
Именно оптические средства позволили до¬ биться наиболее высокой скорости выпол¬ нения аналого-цифрового преобразования в 10 теравыборок/с. Можно предположить, что первоочередными целями исследований ближайшего времени будут поиск путей миниатюризации схем, расширение полосы частот преобразования, а также повышение эффективности числа бит до 10 и выше для систем со скоростями преобразования на уровне от нескольких десятков до сотен ги¬ гавыборок в секунду. Сравнение возможностей микроэлек¬ троники и фотоники будем производить по трем параметрам, уже обсужденным здесь при рассмотрении фотонных модулей - 1) объем бита; 2) энергоемкость; 3) частота модуляции. В основе работы микроэлек¬ тронных модулей лежит передача энергии между связанными состояниями электронов с помощью электромагнитного поля, свя¬ занного с движением свободных электронов в проводящей среде. Электроны и поле об¬ разуют единую систему, в которой генера¬ ция поля осуществляется внешними уст¬ ройствами, а электроны могут переходить из свободного состояния в связанное и об¬ ратно. Основные параметры, определяющие работу электронных модулей, являются ми¬ нимальный заряд носителя информации (электрона), концентрация носителей и час¬ тота модуляции внешнего поля. Проблемы, возникающие при реализации электронных технологий по направлению увеличения частоты модуляции, главным образом, свя¬ заны с интерференционными процессами и ростом энергетических потерь. Все существующие и создаваемые электронные элементы - чипы (микросхе¬ мы, наносхемы) являются модульными кон¬ струкциями, характерный размер / которых меньше длины волны Я модуляции внешне¬ го поля. В этом случае все процессы, про¬ исходящие в чипе, остаются квазистацио- нарными и не требуют специальной внут¬ ренней синхронизации. Сами чипы в моду¬ ле синхронизируются общим задающим ге¬ нератором. Если / будет сравнима и меньше к, то тогда требуется синхронизация уже внутри самого чипа. Процессы внутри схе¬ мы нельзя считать квазистационарными, поэтому осуществить синхронизацию мож¬ но только либо экранировкой отдельных внутренних структур чипа, либо их разне¬ сением на большие расстояния. В против¬ ном случае движение электронов со связан¬ ным с ним электромагнитным полем в од¬ ной части чипа будет оказывать влияние на движение электронов в другой части, вызы¬ вая сбой в протекании процессов вследст¬ вие интерференции полей от разных частей чипа и внешнего поля. Применение фотонных технологий в обработке и хранении информации изна¬ чально требует когерентности всех процес¬ сов, так как размер бита в пределе много меньше всего чипа и порядка размера его элементов. В отличие от электронных в фо¬ тонных технологиях это разрешимо, так как прохождение фотонов в диэлектрике не свя¬ зано с появлением свободных электронов, и фотоны разных битов не влияют друг на друга. Подобное преимущество позволяет создавать модули с высокой степенью инте¬ грации не только на поверхности, но и в объеме. А это дает возможность делать не отдельные фотонные микросхемы, а целые фотонные модули с максимальной интегра¬ цией и минимальных размеров. В микроэлектронных модулях увели¬ чение частоты модуляции приводит также к росту энергоемкости бита информации, то есть энергетическим затратам на передачу одного бита внутри чипа. Это связано с рос¬ том тепловых потерь, утечки энергии с из¬ лучением, затратами на генерацию и реком¬ бинацию носителей электрон-дырка в полу¬ проводниковой микроэлектронике. Величину тепловых потерь можно оценить из закона Джоуля-Ленца в диффе¬ ренциальной форме, которая равна уЕ2, где у - удельная проводимость материала, Е - напряженность управляющего поля. Значе¬ ние напряженности управляющего поля Е ~ j, где U - характерное управляющее
напряжение. Из квазистационарности про¬ цессов следует, что объем бита совпадает с объемом чипа и его можно считать посто¬ янным. Следовательно, тепловые потери в объеме занимаемым одним битом (при /~А/2) в течение его действия оцениваются с точностью до коэффициента как (и V И — (объем бита) - ^ v . Надо отметить, что v хотя потери энергии увеличиваются линей¬ но, в целом мощность джоулевых потерь растет пропорционально квадрату частоты модуляции. Еще один канал потерь связан с излу¬ чением электромагнитных волн, мощность которых растет пропорционально второй степени частоты v. Это следует из того, что чип можно представить как диполь длиной /, в котором текут токи с частотой модуля¬ ции. Минимум излучаемой энергии наблю¬ дается при минимальной длине диполя при¬ близительно равной половине длины волны, соответствующей частоте модуляции. Та¬ ким образом, потери энергии на излучение пропорциональны v, также как и при тепло¬ вом рассеивании энергии. Величину потерь, связанную с генера¬ цией и рекомбинацией носителей заряда в полупроводнике, можно оценить по полному заряду в импульсе тока, проходящему через чип и соответствующему одному биту. Если энергия рекомбинации в материале W, то по¬ тери на один бит информации будут соответ- 2 Wy\ — [(объем бита) ствовать энергии ±U- v . Xev Таким образом, суммарное количество рассеиваемой энергии в электроном чипе в его объеме и в течение действия одного би¬ та растет пропорционально частоте модуля¬ ции, в переходе на мощность потерь это со¬ ответствует квадрату частоты. Это ограни¬ чение на работу чипов, работающих на ос¬ нове полупроводниковой техники, приводит к ограничению частоты модуляции величи¬ ной порядка 10 ГГц, которая соответствует размерам чипа порядка 1 см. Дальнейший рост частоты требует уменьшения размеров модулей, соответствующих уже наноэлект¬ ронике. Как показывают исследования, увели¬ чить частоту модуляции на один - два по¬ рядка возможно с помощью специальных технических решений. Во-первых, как отме¬ чалось выше, возможное развитие может происходить в направлении разбиения на бо¬ лее мелкие наночипы внутри микрочипа, в которых размер микрочипа больше длины волны, а размеры наночипа меньше, и они пространственно разнесены, чтобы избежать интерференционных процессов. Это направ¬ ление соответствует многоядерным элек¬ тронным схемам (например, двухъядерные процессоры). Второе направление связано с распределенными вычислительными ресур¬ сами, как например, локальная вычислитель¬ ная сеть или суперкомпьютер. Надо отме¬ тить, что все эти направления успешно ис¬ пользуются в современных информационных системах, но они не способны обеспечить существенный рост скорости обработки ин¬ формации в дальней перспективе. Еще одной проблемой микроэлектро¬ ники является высокое энергопотребление, что требует мощных систем охлаждения. При пропорциональном уменьшении разме¬ ров микроэлектронных модулей увеличива¬ ется плотность рассеиваемой мощности. И даже при переходе к одноэлектронным про¬ цессам сохраняются проблемы с высокой энергоемкостью бита информации. Расчет мощности микроэлектронных модулей ба¬ зируется на известной зависимости потреб¬ ляемой мощности от напряжения питания Е, тактовой частоты / и эффективного значе¬ ния паразитной емкости С, определяемой соотношением: Р = kCAUEf + ICE + 1^Е , (4.1) где к - коэффициент переключательной ак¬ тивности элемента; AU - размах логиче¬ ских уровней; С - эффективное значение паразитной емкости логического элемента; /с - сквозной ток в переходном процессе; /ух - ток утечки в стационарных состояниях.
При A U = E соотношение (4.1) транс¬ формируется в P = kCE2f + IcE + IyTE. Коэффициент переключательной ак¬ тивности к зависит от вида модуля и имеет значение равное или меньшее единицы. Всячески стремятся уменьшить паразитную емкость и токи утечки в стационарном со¬ стоянии. Анализ показывает, что основная со¬ ставляющая потребляемой мощности - ди¬ намическая. Мощность, обусловленная сквозным током, составляет около 30%. Уменьшение питающих напряжений - один из самых эффективных путей снижения энергии переключения. Однако существует предел уменьшения питающего напряже¬ ния, связанный с технологическим разбро¬ сом параметров элементов. При снижении питания разброс задержек между вентилями увеличивается до тех пор, пока некоторые вентили не перестают работать правильно. На сегодняшний день в РУК и систе¬ мах самонаведения, работающим по дина¬ мическим целям (или размещенных на ди¬ намических объектах) и оценивающим не¬ координатные параметры объектов фоноце¬ левой обстановки (в интеллектуальных РУК и системах самонаведения), требуются про¬ цессоры уровня 1-5 Тфлопс. В ближайшие годы потребление энергии процессором экзафлопной мощности вырастет более чем на два порядка и превысит гигантское зна¬ чение 105 кВт. Наибольшая часть потреб¬ ляемой энергии при этом расходуется на на¬ грев проводников и рассеивается в окру¬ жающее пространство. Сегодня в комплексах ВТО требуются скорости обработки данных выше 10 Гбит/с, но медные проводники достигли физиче¬ ского предела скорости передачи информа¬ ции, который при комнатной температуре оценивается значением 0,3 Гбит/с. Альтер¬ натива медным проводам - оптические со¬ единения. Другой путь разрешения пробле¬ мы - это включение германия (Ge) в техно¬ логический процесс, поскольку добавка Ge увеличивает скорость работы кремниевых микросхем и может сочетать как улучшение проводимости медных соединений, так но¬ вую схему беспроводной передачи данных. По сравнению с кремнием у германия более низкое напряжение/>-и-перехода (0,1...0,3 В против 0,6...0,7 В). Это делает германий более экономичным и в плане энергозатрат. Хорошо известно, что современные радиоэлектронные устройства становятся все миниатюрнее. Когда-то применительно к компьютерам предполагали, что более мощные машины будут требовать больше места под периферию, память и т.д. Это предположение оказалось неверным. В 1965 г. Гордон Мур сформулировал дейст¬ вующее и сейчас правило (впоследствии на¬ званное законом Мура), согласно которому производительность вычислительных сис¬ тем удваивается каждые восемнадцать ме¬ сяцев. Г. Мур вывел свой эмпирический за¬ кон, построив зависимость числа транзи¬ сторов в интегральной микросхеме от вре¬ мени. Как следствие, из этого закона можно вывести темпы миниатюризации отдельного транзистора. Развитие цифровых электрон¬ ных технологий приводит к тому, что раз¬ мер элементарного вычислительного моду¬ ля приближается к размеру молекулы или даже атома. На таком уровне законы клас¬ сической физики перестают работать и на¬ чинают действовать квантовые законы, ко¬ торые для многих важных задач еще не описаны теоретически. По очень реальным прогнозам квантовые компьютеры позволят раскрыть любые сегодня используемые ко¬ ды. Случись такое, и ни одна ракета не взлетит. Предполагаемое завершение действия эмпирического закона Мура, который, по своей сути, был сформулирован, как про¬ гноз развития микроэлектроники, основан¬ ной на полупроводниковой технологии с использованием процессов эпитаксии, диф¬ фузии, прецизионной фотолитографии, на какое-то время отодвигается. Основания для такого утверждения - последние техно¬ логические достижения корпорации Intel, в которой разработан трехмерный (3D) трех¬ затворный (Tri-Gate) транзистор. На его ос¬ 332 |
нове уже сегодня осуществлен переход к проектной норме 22 нм, ожидается дебют процессоров уже по 14-нм технологии. Такие успехи в технологии позволяют сделать следующий дискретный шаг в гра¬ ницах закона Мура. Прогноз относительно верхней границы физической области опре¬ деления (по критериям токов утечки и кон¬ центрации тепловой энергии) этого закона ориентирован на проектную норму в 5 нм. Перспективные изделия микроэлектроники подразделяются на две группы: зарядовые и беззарядовые модули. Зарядовые модули соответствуют тен¬ денции развития «классической» микро¬ электроники и используют как традицион¬ ные, так и нетрадиционные принципы пере¬ ключения [397]. В туннельном полевом транзисторе используется квантово¬ механический межзонный механизм тунне¬ лирования, что дает возможность достичь низкого напряжения питания и низкого энергопотребления. Для функционирования туннельного полевого транзистора необхо¬ димо наличие тонкого барьера на необхо¬ димой площади и наличие достаточного ко¬ личества зарядовых состояний как с прини¬ мающей, так и с передающей стороны. В приборах 1MOS резко увеличивается ток с помощью управляемой ударной иони¬ зации затвора и используется закрытая p-i-n структура, включенная с обратным смеще¬ нием. Наноразмерный электромеханический переключатель имеет низкую потерю тока, малое энергопотребление и четко различи¬ мые состояния «включено/выключено». Принцип действия электромеханического переключателя основан на механическом переключении иглы кантилевера, что при¬ водит к низкой скорости переключения и низкой надежности, исключает ток утечки, зависимость от температуры и электромаг¬ нитных воздействий. В резонансном туннельном диоде за¬ действуется гетероструктура, в которой по¬ тенциальная яма для электрона отделена от контактных легированных областей потен¬ циальными барьерами. Это приводит к воз¬ никновению области отрицательной диффе¬ ренциальной проводимости, благодаря чему такой диод применяется для создания высо¬ кочастотных генераторов электрических колебаний вплоть до терагерцового диапа¬ зона. Одноэлектронный транзистор, имею¬ щий высокую зарядовую чувствительность, достигающую миллиардной доли заряда электрона в единичной полосе частот, ана¬ логично полевому транзистору содержит три электрода, между которыми располага¬ ются два туннельных перехода, разделен¬ ных дополнительным металлическим или полупроводниковым электродом с малой емкостью («остров» транзистора), в качест¬ ве которого выступает наночастица. Потен¬ циал наночастицы может регулироваться изменением напряжения на затворе, с кото¬ рым она связана емкостной связью. Прин¬ цип действия гарантирует высокие ско¬ рость, степень интеграции, КПД. Полевой транзистор Мотта выступает идеальным изолятором в выключенном состоянии и идеальным проводником в рабочем режиме. Используется изолятор Мотта, приме¬ няющий квантовомеханическое взаимодей¬ ствие между соседними электронами в ато¬ мах, что гарантирует разницу в проводимо¬ сти в существенно более широких пределах, чем в современных полупроводниках, а значит, большую скорость фазового пере¬ хода. Атомный переключатель основан на формировании и аннигиляции металличе¬ ского атомного моста между двумя элек¬ тродами, управляемым затвором, что при¬ водит к низкой рабочей мощности и напря¬ жения. Вместе с тем, высказанные ранее предположения о приближении скачка в развитии микроэлектроники становится ре¬ альностью, причем новым физическим принципом функционирования переключа¬ тельного элемента может быть спин элек¬ трона - его внутренний угловой момент импульса. Именно на таком эффекте осно¬ вана работа одноатомного «транзистора» на кремнии с внедренными атомами фосфора. Термин «транзистор» взят в кавычки не случайно, поскольку в данном случае отсут¬ ствует классический для полупроводнико¬
вой техники эффект переноса заряда в твер¬ дом теле, а имеет место изменение спина единственного несвязанного электрона од¬ ного атома (в частности фосфора). В результате появились идеи по соз¬ данию беззарядовых микроэлектронных модулей. Модули, использующие спины в качестве носителя информации, принадле¬ жат к спинтронной технике. Спиновой по¬ левой транзистор в качестве истока и стока использует ферромагнетики, имеющие одно направление намагничивания. Ток, пода¬ ваемый в канал с истока, поляризован по спину. Напряжение на затворе вызывает прецессию спина электронов у тока, проте¬ кающему по каналу. Изменением напряже¬ ния затвора можно добиться ориентации спина электронов в конце канала, противо¬ положной намагниченности стока. В итоге электрическое поле затвора управляет элек¬ трическим сопротивлением транзистора. Другие концепты спиновых транзисторов включают в себя спиновые МОП-транзис- торы, немагнитные спиновые транзисторы, небаллистические спиновые транзисторы, магнитные биполярные транзисторы. В мо¬ дулях наномагнитной логики логические биты кодируются направлением поляриза¬ ции магнитов, а вычисления - объединени¬ ем магнитов. Крутящий момент передачи спинов для логики, который управляется магнитным туннельным переходом, может быть основным логическим элементом, ос¬ нованным на захвате фазы осцилляторов, также он может основываться на переклю¬ чении в многовыводном магнитном тун¬ нельном переходе. В спин-волновой логике информация кодируется в фазе и амплитуде спин-волны, а вычисления производятся интерференцией волн. Это обеспечивает параллельную обработку данных на множе¬ стве частот в одном модуле. Когда реализу¬ ется логика на доменных стенках, то ин¬ формация хранится в подвижной доменной стенке в ферромагнитных проводниках. Практический интерес представляет по¬ строение полностью спиновой логики на основе наномагнитов, степень намагничен¬ ности которых соответствует входной и вы¬ ходной информации. Обмен информации осуществляется с помощью спиновых то¬ ков, а вращающийся момент спина позволя¬ ет определить выходное состояние намаг¬ ниченности. Очевидно, что в беззарядовом пере¬ ключающем элементе легко решаются про¬ блемы «тирании» степени интеграции, энергии переключения и рассеиваемой мощности, свойственные полупроводнико¬ вым транзисторам. Кроме того, определен¬ ный оптимизм в отношении активного эле¬ мента возникает и в связи с созданием гра- феновых транзисторов, работающих на принципе квантового туннельного эффекта. Графен - слой атомов углерода, соединен¬ ных в гексагональную двумерную кристал¬ лическую решетку и одна из аллотропных форм углерода. Его можно представить как одну плоскость графита, отделенную от объемного кристалла. Наиболее перспективной считается двухслойный псевдоспиновой полевой транзистор (BiSFET), состоящий из двух не¬ зависимых слоев графена с диэлектриком или вакуумом между ними. Переход к при¬ менению графена позволяет перейти к ис¬ пользованию спинов в качестве носителя заряда, что положительно сказывается на энергопотреблении и быстродействии чи¬ пов, но обнаруживаются трудности с рабо¬ чей температурой, производством уст¬ ройств, низкая граница шума. Еще один вариант графенового тран¬ зистора позволяет электронам перемещать¬ ся одновременно двумя способами - прохо¬ дя через потенциальный барьер и перепры¬ гивая через него за счет эффекта туннели¬ рования. Такая двойственная природа ново¬ го транзистора позволяет ему работать на очень высоких тактовых частотах, делая его самым высокопроизводительным графено- вым транзистором. Помимо этого такие транзисторы можно наносить на гибкие и прозрачные основания, что позволит с его помощью создавать гибкие электронные устройства нового поколения. К важнейшим преимуществам графе- новых транзисторов относятся значительно
меньшие токи утечки, меньшее энергопо¬ требление и отрицательный термоэлектри¬ ческий эффект, т.е. наличие в них самоох- лаждения. Отметим, что в разработке гра- феновых транзисторов приняли участие Нобелевские лауреаты А. Гейм и К. Ново¬ селов, имеющие прямое отношение к рос¬ сийской научной школе. Другой предпосылкой ожидаемого конца для витка развития микроэлектрони¬ ки можно считать создание фирмой IBM элемента памяти одного бита на двенадцати атомах железа с использованием эффекта антиферромагнетизма. Было показано, что квантовая память одного кубита может быть реализована на одном атоме рубидия 87. Экспериментаторам удалось разработать методику выращивания сверхрешеток гиб¬ ридных биологических наноструктур на ос¬ нове кластеров (квантовых точек) магнит¬ ных металлов, внедренных в упорядочен¬ ные матрицы протеинов, входящих в состав различных культур бактерий с характерны¬ ми размерами 100 А (0.01 мкм). Такие маг¬ нитные квантовые точки могут рассматри¬ ваться как кубиты, так называемых, кванто¬ вых компьютеров [823, 276]. Если имеется хотя бы два кубита в состоянии суперпози¬ ции, то получается так называемый запу¬ танный квантовый гейт. Связь между куби¬ тами остается неразрывной, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. И это открывает возможность интен¬ сивных параллельных вычислений. По¬ скольку элементарные частицы изменяют свое поведение при их наблюдении, то лю¬ бая попытка перехватить сообщение замет¬ но изменит их поведение, что позволит уча¬ стникам коммуникационного процесса не¬ замедлительно узнать и убедится, что к ин¬ формации был осуществлен несанкциони¬ рованный доступ. При этом можно говорить о создании модулей с характерными линей¬ ными размерами в пять-десять раз меньше существующих и содержащих несколько тысяч кубитов в одном кластере. Принци¬ пиально новые возможности связаны с тем, что квантовые точки соединяются протеи¬ нами, которые могут функционировать в за¬ висимости от конкретных задач вычисли¬ тельного процесса. В качестве функцио¬ нальных элементов вместо протеинов могут быть использованы ДНК (или металлизиро¬ ванные ДНК). При проектировании вычислительных модулей кластер квантовых битов целесо¬ образно рассматривать как единое целое (а не набор изолированных битов) по двум причинам: 1. Сокращение длины такта и расстоя¬ ний между битами с определенного уровня делает невозможным рассматривать их изо¬ лированно в силу законов квантовой меха¬ ники. 2. Отказ от «скалярных битов» позво¬ лит, может быть, говорить о выполнении многомерных (векторных) операций за один такт. Например, предложен алгоритм кван¬ тового преобразования Фурье, которое мо¬ жет выполняться за время пропорциональ¬ ное (log2w)2, не за n\og2n, как классическое быстрое преобразование Фурье. Предложен также эффективный квантовый алгоритм вычисления «за такт» оценки вектора гра¬ диента многомерной функции. Трудностями освоения процессоров на квантовых точках является рабочая темпе¬ ратура и копирование в экстремальных масштабах. Итак, стремление к увеличению быст¬ родействия вычислительных устройств и уменьшение их геометрических размеров с неизбежностью приводит к необходимости рассмотрения операций с переходными процессами. Вместо примитивных операций с классическими битами в будущем было бы естественно перейти к операциям, зада¬ ваемыми теми или иными динамическими моделями микромира. Под примитивной моделью вычислений можно понимать вы¬ полнение классических операций с битами. Конечно же, введение более широкого клас¬ са моделей было бы еще более обосновано, если бы удалось, например, для функции, значения которой записаны в кластере ку¬ битов, определить операцию, эффективно выполняющую преобразование Фурье. Причем может так оказаться, что время на
ее выполнение будет вполне соизмеримым с временем выполнения одной классической операции, так как операция типа свертки функций вполне могут обнаружиться в при¬ роде. Последние исследования похожих мо¬ делей показывают, что их выполнение за счет присущей природе способности к са¬ моорганизации не обязательно раскладыва¬ ется на более простые кирпичики, то есть не всегда может быть записано в виде класси¬ ческого алгоритма. В любых современных процессорах хранение информации основано на тех или иных физических принципах, только эво¬ люция состояния ячейки во время хранения более проста - сохраняется постоянной ка¬ кая-то физическая характеристика. Другими словами, традиционную информатику мож¬ но сравнить с арифметикой, она оперирует цифрами - значениями ячеек памяти (или более точно - арифметикой конечных дво¬ ичных дробей). Предлагаемая модель вы¬ числений позволит перейти в информатике от арифметики к функциональному анализу, исследующему процессы эволюции ин¬ формации внутри новых ячеек. В некото¬ ром смысле переход к разработке и созда¬ нию моделей сложных вычислений - зако¬ номерный этап развития микропрограмми¬ рования. И наконец, еще одно необходимое и достаточное условие для создания кванто¬ вого вычислителя - осуществленная воз¬ можность формирования кремний-фос- форных проводников высотой в один атом и шириной в четыре атома. Причем проводи¬ мость таких проводников сравнима с про¬ водимостью медных проводников и отмеча¬ ется выполнение закона Ома на квантовом уровне. Следует также напомнить, что если речь идет о цифровом вычислительном уст¬ ройстве, то применяемая для его синтеза система элементов должна обладать функ¬ циональной полнотой. И в этом смысле по¬ лученный одноатомный «транзистор» реа¬ лизует логическую операцию НЕ (инвер¬ сию), для обеспечения же функциональной полноты как минимум необходимо наличие логического элемента И (конъюнкции), ли¬ бо элемента ИЛИ (дизъюнкции). Такая за¬ дача, скорее всего, может быть решена на уровне физических принципов взаимодей¬ ствия спинов электронов соседних атомов, участвующих в реализации переключатель¬ ной функции синтезируемого логического элемента. Все эти предпосылки неизбежного по¬ явления скачка имеют непосредственное отношение к ближайшей перспективе раз¬ работки квантового вычислителя. Вместе с тем в последнее время на основе достиже¬ ний микроэлектроники и создания наност- руктурированных материалов прогресси¬ рует новое направление развития электро¬ ники - микросистемотехника, предпола¬ гающее сенсорный анализ состояния раз¬ личных сред (физических, химических, биологических) и направленное управление этими средами. Среди супервозможностей, появление которых ожидают в случае прорыва в ис¬ следованиях квантовых систем, - создание каналов связи, защищенных от взламыва¬ ния, появление радаров, видящих под зем¬ лей, развитие суперкомпьютеров. Подводя итог сравнительной характе¬ ристике двух направлений развития техники в информатике можно выделить следующие преимущества фотоники с оптическими частотами: 1) предельная частота модуля¬ ции; 2) возможность функционирования без потерь энергии; 3) минимальная энергоем¬ кость бита; 4) достижение минимальных размеров фотонных модулей при эволюци¬ онном развитии современных технологий. Развитие оптикоэлектронных систем самонаведения идет по пути повышения их пространственного, энергетического и вре¬ менного разрешения, а также интеграции пассивных и активных оптических каналов. Современные радиоэлектронные схемы пе¬ редачи информации (например, спутнико¬ вые) имеют скорость около 10 Гбит/с на один частотный канал, причем увеличение скорости еще на три порядка достигнуты за последние 30 лет. Примерно на пять поряд¬ ков возросла скорость передачи информа¬ шшш ж ззб тшттвттшт
ции волоконно-оптических систем связи за последние 20 лет, достигнув примерно 2 Тбит/с на одно волокно [752, 530]. Волоконно-оптические системы позво¬ ляют передавать информацию со скоростью до 40 Гбит/с, а в перспективе до 100 Гбит/с по одному оптическому информационному каналу. Резкое увеличение скорости пере¬ дачи информации произошло благодаря ис¬ пользованию новой технологии спектраль¬ ного мультиплексирования и временного уплотнения каналов. Оптикоэлектронная инерциальная система САМОНАВЕДЕНИЯ Очень успешно сегодня техноло¬ гии радиофотоники используются при создании инерциальных систем само¬ наведения, имеющих в своем составе лазерные и волоконно-оптические ги¬ роскопы [532, 797, 386, 784, 387]. Та¬ кие системы самонаведения являются полностью автономными, а значит, никак не обнаруживаемыми средст¬ вами радиотехнической разведки и им невозможно организовать радиоэлек¬ тронное и оптическое противодейст¬ вие. К преимуществам этих систем самонаведения следует также отнести возможности полной автоматизации всех процессов наведения. Проведя анализ реально достижимых парамет¬ ров для различных типов гироскопов (соответствующих мировому уровню развития), было установлено, что ра¬ кетным высокоточным инерциальным системам в полном объеме в основ¬ ном соответствуют только оптические (лазерные) и волоконно-оптические гироскопы [556, 707, 531, 796, 783]. Достоинствами волоконно-опти¬ ческих гироскопов перед лазерными являются более низкая стоимость, простота технологического процесса изготовления, быстро прогрессирую¬ щая технология, малый вес, отсутст¬ вие подвижных частей и акустическо¬ го шума. Недостатками волоконно-опти- ческих гироскопов являются неинте¬ гральный выход, более низкая ста¬ бильность масштабного коэффициен¬ та, чувствительность к температуре, вибрациям и магнитному полю. Из-за низкой точности в системах самонаве¬ дения ВТО механические гироскопы факти¬ чески оказались вытесненными оптическими и волоконнооптическими гироскопами. Оптические гироскопы основаны на различии времен распространения электромагнитной волны в замкнутом вращающемся в мировом пространст¬ ве контуре вдоль и против направле¬ ния вращения контура. Гироскоп со¬ стоит из замкнутого волновода, в ко¬ тором распространяются встречно две электромагнитные (обычно когерент¬ ные оптические) волны. Указанное различие времен распространения эк¬ вивалентно различию частот встреч¬ ных волн, которое теоретически про¬ порционально скорости вращения ги¬ роскопа вокруг его оси чувствитель¬ ности (нормаль к плоскости волно¬ водного контура).
Принцип работы оптических квантовых гироскопов основан на эффекте Саньяка, который заключа¬ ется в том, что во вращающемся замкнутом оптическом контуре (резо¬ наторе) любой конфигурации имеет место разная длина хода лучей, рас¬ пространяющихся по направлению вращения резонатора и против него, т.е. лучей, идущих от противополож¬ ных концов контура (встречные вол¬ ны). Вследствие разности длин хода лучей возникает фазовый сдвиг (фаза Саньяка) встречных волн [23]. В зависимости от конструкции замкнутого оптического контура раз¬ личают два типа оптических инер- циальных датчиков. Тип 1 - кольцевой лазерный ги¬ роскоп (оптический гироскоп) - при¬ бор, в котором контур образован трубкой, заполненной активной газо¬ вой рабочей смесью гелия и неона, и системой зеркал, образующий замк¬ нутый путь (кольцевой лазер). Тип 2 - волоконно-оптический гироскоп, в котором замкнутый кон¬ тур образован многовитковой намот¬ кой длинного оптоволокна. Оптический и волоконно-опти¬ ческий гироскопы имеют сопостави¬ мую точность определения скорости вращения основания. Однако, стои¬ мость, масса, габаритные размеры и энергопотребление волоконно-опти¬ ческого гироскопа значительно мень¬ ше по сравнению с оптическим. По¬ этому развитие волоконно-оптических гироскопов идёт наиболее активно. Волоконно-оптический гироскоп - прибор, существенно более чувстви¬ тельный к измеряемым параметрам. На работу волоконно-оптических гироскопов влияют также магнитные поля, причем довольно существенно [31], а потому такие гироскопы сейчас интегрируются с термодатчиками и магнетометрами для алгоритмической компенсации погрешностей. Высококачественные волоконно- оптические гироскопы по своим ха¬ рактеристикам эквивалентны лучшим кольцевым лазерным гироскопам, ко¬ торые основаны на том же релятиви¬ стском эффекте, что и волоконные, но используют не катушку, а кольцевую конфигурацию зеркал. Из-за зеркал процесс изготовления зеркальных ги¬ роскопов намного сложнее, чем воло¬ конных. С помощью интерферометра Саньяка можно оценивать и угловое ускорение. Этот принцип аналогичен описанным только что «абсолютным» автономным измерителям. В таком интерферометре линейная скорость движения точки приема по кольцу от¬ носительно точки излучения, отсчи¬ тываемая в системе без углового ус¬ корения (в ускоренной системе отсче¬ та эти точки взаимно неподвижны), вызывает доплеровский сдвиг часто¬ ты между двумя встречными волна¬ ми, пропорциональный угловому ус¬ корению объекта в плоскости кольца. Знак частотного сдвига будет проти¬ воположным знаку ускорения. Как уже отмечалось, в заданной системе координат угловая скорость и ускорение имеют три составляющие (вектор), поэтому для их измерения нужно иметь три измерителя, разме¬ щенные в трех взаимно перпендику¬ лярных плоскостях.
Телевизионные системы НАВЕДЕНИЯ И САМОНАВЕДЕНИЯ Современное состояние и пер¬ спективы развития прикладного теле¬ видения охватывают и комплексы ВТО. В таких системах формирование и обработка видеоинформации может предназначаться для визуального (в РУК) или автоматического (в РУК и системах самонаведения) анализа изображений с доведением получае¬ мой информации в реальном времени или ее накопления и хранения для по¬ следующего анализа. Комплексы ВТО с получением видеоинформации обеспечивают в операторном или ав¬ томатическом режиме их работы ре¬ шения задач обнаружения, сопровож¬ дения, контроля, измерения парамет¬ ров или селекции заданных объектов фоноцелевой обстановки. Телевизион¬ ные системы самонаведения - систе¬ мы самонаведения, принцип действия которых основан на обнаружении и захвате цели телевизионной камерой системы самонаведения, а после пе¬ рехода системы самонаведения в ре¬ жим автосопровождения и пуска (сброса) ракетного средства пораже¬ ния — автоматическое наведение его на захваченную цель. Традиционные телевизионные сис¬ темы наведения и самонаведения рабо¬ тают в видимом (0,4...0,76 мкм) и бли¬ жнем ИК-диапазоне (0,76... 1,1 мкм). Они обеспечивают боевое примене¬ ние ракетного оружия даже при внешней освещенности 0,1...0,3 лк, соответствующей безоблачной лун¬ ной ночи, (метеорологическая даль- шяшяшяш ность видимости 5 км). Применение именно ближнего ИК, а не ультра¬ фиолетового канала обусловлена так¬ же тем, что квантовая чувствитель¬ ность большинства кремниевых фо¬ топриемников при длине волны элек¬ тромагнитного излучения от 0,8 до 1 мкм значительно выше, чем около 0,3 мкм. Кроме того, мощность есте¬ ственного излучения в ближнем ИК несколько выше, чем в ультрафиоле¬ товом диапазоне. Телевизионные системы не яв¬ ляются круглосуточными и всепогод¬ ными. Дальность обнаружения и/или захвата в дневных условиях у них достаточно высока и для типовых це¬ лей составляет 10-15 км. Кроме этих характеристик телевизионные систе¬ мы описываются такими параметра¬ ми, как разрешение (пространствен¬ ное, временное, спектральное), дина¬ мический диапазон, чувствитель¬ ность, стоимость, массогабаритные параметры и др. Создатели телевизи¬ онных систем самонаведения вынуж¬ дены постоянно искать компромисс¬ ные решения, использовать взаимо¬ обмен одних параметров на другие для того, чтобы максимально эффек¬ тивно решить задачу осуществления избирательного поражения цели. Например, использование в сис¬ темах самонаведения монохромной телевизионной камеры гарантирует максимальную разрешающую спо¬ собность, но минимальное спектраль¬ ное разрешение, поскольку исполь- ■ян ■ 339
зуемые компоненты чувствительны ко всему спектру длин волн. Роль телевизионных многоспек¬ тральных систем самонаведения уси¬ ливается на самой конечной стадии наведения, где осуществляется изби¬ рательное поражение цели, связанное с попаданием в ее заданное место, по¬ скольку здесь могут быть использова¬ ны существенные различия в коэффи¬ циентах отражений, поглощения и рассеяния, характерных для множест¬ ва объектов живой и костной приро¬ ды. Коэффициент отражения зависит от молекулярного состава материала и от спектра излучения. Из наиболее существенных отличий следует отме¬ тить слабое отражение в ближнем ИК для воды и неба, что используется для поиска на их фоне малоконтрастных целей. Другая особенность связана с глубиной проникновения падающего излучения в материалы, прямо про¬ порциональной его длины волны. Так, излучение в синей области спектра поглощается только на поверхности материала, а излучение с длиной вол¬ ны 1 мкм проникает в слои материала до 10 мм. На основании таких свойств взаи¬ модействия оптического и ИК-излу- чения с материалами можно заключить, что комбинирование видимого и ИК спектральных диапазонов позволит из¬ влечь дополнительную полезную ин¬ формацию о целях [198]. Адаптивным подбором ширины и центральной дли¬ ны волны спектральных диапазонов можно добиться значительного повы¬ шения контраста наблюдаемых целей различной природы, а также повыше¬ ния отношения сигнал/шум и расшире¬ ния динамического диапазона. Даль¬ нейший подъем указанных характери¬ стик возможен за счет компьютерной постобработки: адаптивного комбини¬ рования сигналов, полученных в раз¬ личных спектральных диапазонах, кон¬ трастирования, выравнивания осве¬ щенности по полю и т.д. Одним из направлений создания комбинированных телевизионных систем самонаведения видимого и ближнего ИК-диапазонов является улучшение условий наблюдения в случае, когда лимитирующим факто¬ ром является рассеяние Релея (рас¬ сеяние на микрочастицах в воздухе). Данный вид рассеяния характерен для наблюдения целей через атмосфер¬ ную дымку, через взвесь микрочастиц над водной поверхностью. На практи¬ ке из-за рассеяния Рэлея существенно падает контраст и становятся нераз¬ личимыми текстуры на изображени¬ ях. Поскольку коэффициент рассея¬ ния обратно пропорционален четвер¬ той степени длины волны, оно макси¬ мально в синей области спектра и су¬ щественно снижается в ближнем ИК. Поэтому регистрация излучения в ближнем ИК-диапазоне может быть эффективным способом борьбы с данным видом рассеяния. Телевизионные системы самона¬ ведения - следящие системы углового сопровождения цели на основе корре¬ ляционного или контрастного алго¬ ритма обработки текущей и эталон¬ ной информации. В качестве фото¬ приемника в телевизионных системах самонаведения используется видикон или фотоприемная матрица. Ожида¬
ется, что предел повышения чувстви¬ тельности матриц позволяет приме¬ нять телевизионные системы самона¬ ведения при освещенность 1(Г"5 лк (безоблачная безлунная ночь). Телевизионное изображение вы¬ бранной неподвижной цели и местно¬ сти записывается в память телевизи¬ онной системы самонаведения как эталон. В ходе сравнения текущих изображений с эталоном выявляется корреляционное рассогласование как характеристика смещения оптической оси системы самонаведения с цели, которая обрабатывается, например, гиростабилизатором. Алгоритм поме¬ хоустойчив, так как сигнал рассогла¬ сования формируется с учетом зна¬ чимых ориентиров в поле обзора и обработки текущего изображения. Если цель одиночная подвижная или точечная неподвижная на однородном фоне, то реализуется алгоритм фор¬ мирования ошибки по перепаду кон¬ трастов цели и окружающего фона. Когда в составе системы самона¬ ведения организуется телевизионное наблюдение за фоноцелевой обста¬ новкой, то обычно говорят о форми¬ ровании в структуре системы самона¬ ведения телевизионного визирного канала, под которым понимается оп¬ тикоэлектронный прибор, форми¬ рующий на телевизионном индикато¬ ре изображение участка местности в видимом диапазоне длин волн. Основные характеристики визирного канала ■ Поле зрения. ■ Сектор обзора и слежения по азимуту и углу места. ■ Дальность обнаружения и распо¬ знавания цели. Область применения ограниче¬ на светлым временем суток. Когда в составе РУК действует телевизион¬ ный визирный канал, то считается, что осуществляется телевизионная разведка, в качестве которой пони¬ мается способ разведки, осуществ¬ ляемой при помощи телевизионной аппаратуры. В этом аспекте важная роль от¬ водится повышению достоверности и эффективности оперативного анализа оптических изображений, разработке новых принципов формирования и передачи телевизионных сигналов, оценке возможной предельной ин¬ формативности изображений с точки зрения достижения и обеспечения эффективности выполнения задач ви¬ деонаблюдения объектов многоком¬ понентных изображений. Основные цели при анализе мно¬ гокомпонентных оптических изобра¬ жений фоноцелевой обстановки с ис¬ пользованием широкого круга видео- информационных систем, направлены на решения различного класса задач, поддерживаемых реализацию функ¬ ции избирательного поражения на ос¬ нове визуальной или автоматической регистрацией поступающей видеоин¬ формации (рис. 4.12). Предназначение телевизионных систем комплекса ВТО в зависимости от целевых задач ■ Визуальный анализ видеоинфор¬ мации оператором РУК на экране видеоконтрольных устройств. ■ Визуальный и автоматический анализ информации с использо¬ ванием процессоров и отобра¬ жающих устройств.
■ Оперативный контроль процесса и результатов ракетного удара. ■ Автоматический анализ информа¬ ции (селекции сигналов заданных объектов фоноцелевой обстанов¬ ки, измерения координатных и оценки некоординатных парамет¬ ров целей, распознавания объек¬ тов по спектрально-энергетиче- ским и пространственным призна¬ кам с формированием сигналов управления полетом ракеты и т.д.). Определяемыми параметрами объектов фоноцелевой обстановки на основе их телевизионных изображе¬ ний в задачах визуального и автома¬ тического анализа могут быть интен¬ сивность и спектральный состав лу¬ чистости, отраженной или излучен¬ ной объектами, геометрические пара¬ метры объектов (размер, площадь, форма и др.), дальность объектов и скорость их перемещения в простран¬ стве, изменение во времени спект¬ рально-энергетических и пространст¬ венных признаков объектов фоноце¬ левой обстановки, а также другие па¬ раметры объектов. На рис. 4.13 показаны способы повышения информативности изо¬ бражений, получаемых и циркули¬ рующих в комплексах ВТО при ана¬ лизе фоноцелевой обстановки. Применительно к наземным опти¬ ческим звеньям РУК сегодня могут оказаться перспективными при повы¬ шении информативности ТВ-изображе- ний методы адаптивной оптики. Роль адаптивной оптики заключается в том, что она восстанавливает целостность волнового фронта, отраженного от на¬ блюдаемого объекта излучения попав¬ шего на оптическую антенну и иска¬ женного после прохода сквозь турбу¬ лентные слои атмосферы, имеющие разную плотность и, следовательно, разный показатель преломления. Это делается с помощью разбиения отра¬ жающего зеркала оптики на большое число отдельных элементов, положение которых изменяется в соответствии с требованиями, вычисляемыми, исходя из текущего оптического состояния пу¬ ти в атмосфере, проходимого светом от объекта на основе изображения от ка¬ либровочного объекта, находящегося в поле обзора. В оптическом РУК с адап¬ тивной оптикой разрешение можно до¬ вести до дифракционного предела 122A/D. Рисунок 4.12 Целевые задачи анализа оптических изображений
Различительная информация ТВ-изображений Увеличение числа зон регистрации лучистости Способы повышения различительной информации в телевизионных изображениях Увеличение разрешающей способности изображений Формирование объемных изображений Другие пути Формирование многоракурсных изображений Рисунок 4.13 Способы увеличения информативности ТВ-изображений Радиотеплолокационные системы САМОНАВЕДЕНИЯ И РУК Больший интерес у разработчи¬ ков систем самонаведения ВТО все¬ гда вызывали радиолокационные сис¬ темы пассивного самонаведения (ра¬ диотеплолокационные), использую¬ щие радио- и ИК-диапазон электро¬ магнитных волн. Тепловое излучение цели, как наиболее помехозащищенные (из-за своей скрытности функционирования) не требует мощных источников энер¬ гии. Такие системы относятся к груп¬ пе систем самонаведения, не обнару¬ живаемых средствами радиотехниче¬ ской разведки, где с помощью ин¬ формационных сенсоров, входящих в структуру системы самонаведения, собирается информация об окружаю¬ щей фоноцелевой обстановке, обес¬ печивающая функционирование соот¬ ветствующей обзорно-сравнительной (корреляционно-экстремальной) сис¬ темы. Однако, поскольку эти системы не полностью автономные (то есть, им требуется взаимодействие с це¬ лью), то им все-таки очень удачно удается организовывать радиоэлек¬ тронное противодействие постанов¬ кой помех, как активных, так и пас¬ сивных, в том числе с формированием целей-артефактов и непредсказуемых целей. Соответственно, применительно к оптикоэлектронным системам само¬ наведения заявляют об оптикоэлект¬ ронном подавлении, являющимся од¬ ним из видов радиоэлектронного по¬ давления. Оптикоэлектронное подав¬ ление - комплекс мероприятий по на¬ рушению работы ИК-, тепловизионных, телевизионных, лазерных и оптико¬ визуальных систем и средств развед¬
ки, наблюдения, связи и управления оружием противника путем воздейст¬ вия на них помехами, применения ложных оптических целей, ловушек и аэрозолей, а также вывода из строя электромагнитными излучениями оп¬ тических и фоточувствительных эле¬ ментов этих систем и средств. ИК-системы самонаведения раз¬ рабатываются в русле создания ИК- техники, в качестве которой рассмат¬ риваются приборы различного назна¬ чения, действие которых основано на использовании невидимых ИК- (теп¬ ловых) лучей. Приборы ИК-техники военного назначения можно подразделить на три основные группы. 1. Тепловые обнаружители, или теплопеленгационные приборы (теп- лопеленгаторы, тепловые системы самонаведения и др.). 2. Приборы для фотографирова¬ ния в ИК-лучах. 3. Приборы ночного видения (используются в темноте для развед¬ ки, прицеливания и т.п.). ИК-техника применяется в сис¬ темах самонаведения и РУК для об¬ наружения целей и других объектов, наведения на них средств поражения, а также для наблюдения и сигнализа¬ ции. Особо в теории оптикоэлектрон¬ ных систем самонаведения выделяют ИК-взрывателъ - неконтактный взры¬ ватель, принцип действия которого основан на использовании ИК- (теп¬ лового) излучения цели. Типичный (самый распространенный) вид ИК- взрывателя имеет специальную опти¬ ку, в фокусе которой расположены фотоэлементы. Когда в зоне обзора оптики появится теплоизлучающая цель, то при нахождении ракеты на определенном расстоянии от нее фо¬ тоэлементы выработают электриче¬ ский сигнал (ток), который и вызовет срабатывание исполнительного моду¬ ля взрывателя. Радиотеплолокация применяется случаях, когда исследуемые тела или природная среда имеют собственное (или отраженное) радиотепловое излучение такой мощности, которое позволяет дистанционно осущест¬ влять направленный прием и измерение интенсивности данного излучения. Поскольку интенсивность и спектр этого излучения определен¬ ным образом зависит от температуры объекта и ряда его электрофизических параметров, появляется возможность оценки параметров состояния объекта на основании анализа зарегистриро¬ ванных радиотепловых сигналов. Однако, интенсивность теплово¬ го (ИК-) излучения у многих целей может отличаться в зависимости от направления. Поэтому дальность дей¬ ствия оптикоэлектронных систем са¬ монаведения меняется при изменении направления обстрела (различных уг¬ лах подхода наводимых средств ВТО к цели). Пассивные оптикоэлектронные системы самонаведения чаще всего основываются на приеме ИК-волн, которые вместе с другими видами электромагнитных волн излучаются всеми телами, абсолютная температу¬ ра которых больше нуля. Значитель¬ ная часть энергии этого излучения со¬ средоточена в области ИК-волн, что и I 344
объясняет практически полную сино¬ нимичность употребления определе¬ ния термина «ИК» вместо «теплови- зионный». Согласно закону Стефана- Больцмана, энергия излучения тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры. Вслед¬ ствие этого пространственное распре¬ деление энергии излучения различ¬ ных тел значительно более контраст¬ но, чем соответствующее распределе¬ ние их температур. Принимая ИК- волны пассивными оптикоэлектрон¬ ными системами, можно судить о распределении нагретых тел в окру¬ жающем пространстве. Особенно ин¬ тенсивными источниками излучения ИК-волн являются выхлопные газы двигателей ракет и реактивных само¬ летов, чем сумели воспользоваться создатели ВТО для систем ПВО и ПРО. Сегодня сформирован и посто¬ янно пополняется каталог диаграмм излучения (т.е. PJIX) самолетов и ра¬ кет для оценки их обнаруживаемое™ и возможности классификации РУК и системами самонаведения. Однако соседние предметы, излучая (или пе- реизлучая) ИК-волны, создают серь¬ езные пассивные помехи оптикоэлект¬ ронным системам самонаведения и тем самым осложняют их работу. Оптикоэлектронные системы са¬ монаведения, как правило, исполня¬ ются по пассивной или полуактивной схеме наведения, например система самонаведения управляемого артил¬ лерийского снаряда «Краснополь». Они более простые по сравнению с активными оптическими системами. Это обстоятельство способствует прямому проникновению радиолока¬ ционных технологий в соответст¬ вующие оптикоэлектронные системы самонаведения. Другой пример пограничной науки, рассматривающей боевое средство избирательного поражения как летающий робот, являет меха- троника (механика + радиоэлектро¬ ника), технологии которой активно применяются в системах самонаве¬ дения, в том числе и оптикоэлект¬ ронных. Тепловизионные системы самонаведения Тепловая (ИК-) система само¬ наведения - система самонаведения, которая работает в ИК-диапазоне длин волн, по принципу использова¬ ния теплового контраста между це¬ лью и фоном. Контраст целей и под¬ стилающих поверхностей (фонов) - показатель перепада яркости света (тепла), зависящий от отражающих (излучающих) свойств целей и под¬ стилающих поверхностей, на кото¬ рых она (цель) располагается (раз¬ мещается). Этот перепад оценивается контрастностью цели, понимаемой как степень различимости объектов наблюдения (целей) на фоне местно¬ сти, воды, окружающих предметов, позволяющая обнаружить и опознать объекты (цели) визуально, с помо¬ щью ИК-приборов, РЛС, магнето¬
метров и других технических средств разведки. Различают оптическую, тепло¬ вую, радиолокационную и магнитную контрастность объектов. Контраст¬ ность оценивается, как это видно из определения, по некоординатным ха¬ рактеристикам объектов наблюдения. Поскольку практически все информа¬ ционные каналы системы самонаве¬ дения и РУК совершают преобразова¬ ние своих сигналов в радиоэлектрон¬ ные, контрастность можно оценивать и по сравнению самих сигналов [802, 803, 270]. В этом случае исходным выступает сигнальное поле РУК или системы самонаведения и имеет смысл вводит в рассмотрение сиг¬ нальную контрастность - степень различимости объектов наблюдения (целей) на фоне местности, воды, ок¬ ружающих предметов, оцениваемая по сигнальному портрету. Однако сигнальная контрастность, высту¬ пающая как некая практически уни¬ версальная характеристика для оцен¬ ки наблюдаемости объектов на фоне друг друга, страдает принципиальным недостатком - она зависит от харак¬ тера совершаемых преобразований из исходного физического поля в сиг¬ нальное (особенно если такое преоб¬ разование еще и нелинейно). Кроме того, эта характеристика в значитель¬ ной степени зависит от условий на¬ блюдения. «Несигнальная» оценка контрастности фактически калибрует показатели контрастности, поскольку они оцениваются в физических харак¬ теристиках, имманентно присущих объектам фоноцелевой обстановки и отвязанных от условий наблюдения. Источниками ИК-излучения яв¬ ляются цели, имеющие нагретые час¬ ти, - самолеты, ракеты, корабли, тан¬ ки, заводы, домны и т.п. Тепловизионные системы само¬ наведения ВТО - системы самонаведе¬ ния, принцип действия которых осно¬ ван на пассивной локации теплового излучения цели с помощью ИК-стан- ции переднего обзора, по командам которой осуществляется автоматиче¬ ское наведение его на захваченную ИК-системой самонаведения цель. Тепловизионная (телевизионная) система самонаведения - устройство, обеспечивающее наведение ракетного боевого средства на цель по ее изо¬ бражению на участке местности в ви¬ димом или ИК- (тепловом) диапазо¬ нах длин волн. Тепловизионные сис¬ темы самонаведения используют для самонаведения собственное тепловое излучение целей в окнах прозрачности атмосферы 3...5,5 мкм и 8... 14 мкм дальнего ИК-диапазона, поэтому они обеспечивают круглосуточность бое¬ вого применения боевых ракетных средств ВТО. Тепловизионные системы 8...14 мкм чаще всего носят название теп- ловизионного визирного канала, в ка¬ честве которого принимают оптико¬ электронный прибор, формирующий на телевизионном индикаторе изо¬ бражение участка местности в даль¬ нем ИК-диапазоне длин волн. Основ¬ ными характеристиками канала явля¬ ются: поле зрения, сектор обзора и слежения по азимуту и углу места, дальность обнаружения и распознава¬ ния цели. Канал обеспечивает кругло¬ суточность применения в широком
диапазоне неблагоприятных погод¬ ных условий. Оптикоэлектронный прибор, обеспечивающий отображение рас¬ пределения температуры по иссле¬ дуемой поверхности и преобразую¬ щий тепловое излучение в видимое, часто называют просто тепловизором [836]. Тепловизоры, работают в сред¬ нем и длинном ИК-диапазонах длин волн, в которых имеются два основ¬ ных окна атмосферной прозрачности - 3...5 и 8... 12 мкм. Выше ~ 14... 15 мкм атмосферное пропускание серьезно ухудшается (в основном из-за резкого возрастания ослабления в атмосфер¬ ном углекислом газе) и восстанавли¬ вается лишь в миллиметровом диапа¬ зоне, где реализация достаточно вы¬ сокой угловой разрешающей способ¬ ности сопряжена уже со значитель¬ ными массогабаритными затратами. Тепловизоры работают не по рассеянному, а по собственному теп¬ ловому излучению объектов за счет естественного нагрева их внешними и внутренними источниками тепла и поэтому от уровня подсвечивающего поля никак не зависят. В среднем и в особенности длинном ИК-диапазонах длин волн, к тому же, влияние атмо¬ сферного затухания значительно сла¬ бее, чем в видимом и ближнем ИК- диапазонах. По этой причине длинно¬ волновые тепловизионные системы имеют большую дальность действия. Они выявляют тепловой контраст це¬ ли с фоном, устойчиво обнаруживают и захватывают замаскированные и скрытые цели в условиях развитой атмосферной дымки, пыли и дыма поля боя. Они способны выявлять за¬ маскированные цели, но всепогод- ность боевого применения тепловизи¬ онные системы самонаведения не обеспечивают. Самым серьезным не¬ достатком тепловизоров является то, что исходный радиационно-темпе¬ ратурный контраст многих малораз¬ мерных наземных объектов, в осо¬ бенности изготовленных из металла, при переходе от светлого к темному времени суток и наоборот может из¬ менять свой знак, т.е. в определенные промежутки времени принимать ну¬ левые значения (могут иметь место так называемые нулевые пересече¬ ния). В эти промежутки тепловизоры, по существу, «слепнут». То же самое может происходить и в сырую, дожд¬ ливую погоду, когда радиационные температуры покрытых водяной пленкой объектов и элементов приле¬ гающей к ним местности выравнива¬ ются, т.е. радиационно-температур- ный контраст опять же становится нулевым. Именно по этой причине тепловизоры обычно комплексируют- ся с оптикоэлектронными датчиками, работающими не по тепловому, а по рассеянному контрасту объектов, или с радиолокационными системами. Вместе с тем, тепловизионные изображения, как правило, имеют плохое качество из-за слабой контра¬ стности, плохой четкости и высокой зашумленности [895, 835]. В сложных метеоусловиях и облаках они функ¬ ционально ограничены, поскольку те¬ пловые портреты целей зависят от по¬ годы, сезона и времени суток. Даль¬ ность обнаружения и/или захвата теп¬ локонтрастных целей у современных систем может достигать 10... 12 км.
Их широкое поле сканирования со¬ ставляет ±90°. Такие системы содер¬ жат лишь приемно-измерительное устройство и характеризуются мини¬ мальными энергетическими затратами и за счет высокой скрытности функ¬ ционирования - максимальной поме¬ хозащищенностью. Они могут рабо¬ тать в нескольких участках ИК- диапазона, режиме автоматического распознавания цели, выбора точки прицеливания днем и ночью. Воспри¬ нимаемые изменения температуры излучения на поверхности объекта соответствуют форме, деталям и раз¬ мерам визуальной картины объектов в оптическом диапазоне, особенно в ночное время. Если температурный контраст цели с фоном местности не менее 3...5 °С, то изображения могут дешифрироваться операторами, по¬ зволяя различать характерную топо¬ логическую структуру объектов. Поскольку радиотепловые сиг¬ налы имеют шумоподобный характер, приемники этих сигналов чаще всего выполняют в виде прецизионных из¬ мерителей уровня шума. Такие при¬ емники называют радиометрами, а соответствующие радиолокационные системы, обслуживающие процесс подготовки и осуществления стрель¬ бы ВТО (а потому, входящие в струк¬ туру РУК), называются тепловизора¬ ми или радиометрическими систе¬ мами (радиометрами) [897]. Основная техническая характеристика любого радиометра - чувствительность, оп¬ ределяющая способность радиометра принимать слабые радиотепловые сигналы. Для удобства сравнения раз¬ личных радиометров их чувствитель¬ ность пересчитывают на длительность сигнала, равную 1с. В настоящее время пороговая чувствительность современных радиометров позволяет уверенно различать естественные ра¬ диотепловые контрасты земной по¬ верхности. Но для выделения чрезвы¬ чайно слабых тепловых сигналов на фоне более сильных шумов требуется значительное время приема. Более то¬ го, одним из способов повышения ка¬ чества и количества получаемой теп- ловизионными системами информа¬ ции является увеличение числа «снимков». Поэтому тепловизионные системы самонаведения очень инерционны, их эффективное исполь¬ зование при большой скорости взаимного перемещения ракеты и цели затруднительно, а дальность действия невелика. Кроме того, они в реальном времени не позволяют изме¬ рять дальность и скорость, а также переда¬ вать дополнительную информацию. С «легкой руки» радиометров, характеристики любых средств на¬ блюдения фоноцелевой обстановки, сводящиеся к оценке чувствительно¬ сти, разрешающей способности, ди¬ намического диапазона, т.е. энергии, заключенной в сигнале, стали назы¬ вать радиометрическими. Наиболее употребителен такой термин в радио¬ локации. Поскольку спектр принятого ра- диотеплолокационного сигнала несет едва ли не основную долю «индиви¬ дуальной» информации о цели, ис¬ пользуемую терминологию, как пра¬ вило, несколько уточняют. Так, ра¬ диометрами называют тепловизион-
ные системы, интегрально оцени¬ вающие всю энергию сигнала, посту¬ пившего на их вход. Спектрометры, в отличие от радиометров, оценивают структуру спектра принимаемого теп- ловизионной системой сигнала. Если спектрометр позволяет про¬ изводить съемку отдельных участков местности в различных относительно узких диапазонах длин волн, то соот¬ ветствующее тепловизионное устрой¬ ство называют мультиспектральным [583]. Спектрометр, который одно¬ временно получает изображения объ¬ ектов во множестве узких спектраль¬ ных каналов называют гиперспек- тральным. Спектральная плотность энергетической яркости является ве¬ личиной энергии излучения в единич¬ ном интервале длин волн dX или час¬ тот dco, испущенной в единицу вре¬ мени в единичный угол и приходя¬ щейся на единицу площади поверхно¬ сти, перпендикулярной направлению распространения излучения. Важнейшей характеристикой приемника оптикоэлектронной систе¬ мы самонаведения является пороговая чувствительность {пороговый сиг¬ нал) - минимальная интенсивность падающего на приемник излучения, при которой цель будет обнаружена. Обычно полагают, что при такой ми¬ нимальной интенсивности излуче¬ ния от цели возникающий на выходе чувствительного элемента электриче¬ ский сигнал по мощности будет равен мощности собственного шума. Поро¬ говый сигнал определяет максималь¬ ную дальность обнаружения цели (данного типа). Для уровня сигнала, превышающего пороговый сигнал, цель будет обнаружена. (Вопрос, ко¬ нечно, еще и в том, как будет постро¬ ен этот обнаружитель, точнее, каково время обнаружения и, следовательно, в какой полосе существует этот соб¬ ственный шум.) Заметим, что команда «пуск» для оптикоэлектронной системы самона¬ ведения происходит, когда система «захватила» цель, т.е. когда цель об¬ наружена, и система самонаведения уже отслеживает угловое положение цели. Другой важнейшей характери¬ стикой чувствительного элемента (сенсора) оптикоэлектронной системы самонаведения является его инерци¬ онность - длительность переходного процесса - интервал времени г, за который нарастает до уровня 0,7 (от установившегося значения) выходное напряжение сенсора при появлении на его входе лучистого потока. В табл. 4.1 приведены указанные две основные характеристики для представителей основных трех групп чувствительных для радиометриче¬ ских сигналов сенсоров, явно выяв¬ ляющие приоритеты в пользу фото¬ метрических технологий. Таблица 4.1 Основные характеристики чувствительного элемента Вид чувствительного элемента Время переходного процесса т , с Пороговая чувствительность, Вт Термопара ОД...2 о о О Термисторный болометр 2-1О-2 О 00 О Фотосопротивление 5-1СГ5 (при 20 °С) 10“13...10“16 ^■ 349 ^■
Причем желательно использо¬ вать чувствительный элемент, осно¬ ванный на внутреннем фотоэффекте (хотя внешний фотоэффект также широко используется в оптикоэлект¬ ронных системах самонаведения), не требующего для своего проявления дополнительной энергии электрона в случае выхода с поверхности мате¬ риала и потому его чувствительность может быть намного выше, а инерци¬ онность меньше. Здесь внутреннему фотоэффекту (реализуемому в фото¬ резисторах, фотодиодах, фототранзи¬ сторах), где возбужденные электроны остаются в теле материала, противо¬ поставляется внешний фотоэффект (фотоэлементы, умножители, элек¬ тронно-оптические преобразователи и телевизионные передающие трубки), когда возбужденные электроны поки¬ дают поверхность материала. Основной элемент структуры ра¬ диометра - фотоприемное устройст¬ во - оптическое устройство, предна¬ значенное для получения информации об яркостных характеристиках под¬ стилающей поверхности. Наличие в составе тепловизионной системы са¬ монаведения спектрографа позволяет разделить сигнал от элемента терри¬ тории на группу полос оптических сигналов и как результат получать от фотоприемного устройства электри¬ ческие сигналы, каждый из которых соответствует одной полосе оптиче¬ ского сигнала на выходе из спектро¬ графа. Эти названия видов тепловизи- онных систем автоматически перено¬ сятся в названия радиолокационных систем самонаведения и соответст¬ вующих радиолокационных трактов РУК. В качестве датчика в оптических (бптикоэлектронных) системах само¬ наведения используются чувстви¬ тельные элементы, основанные на фо¬ тоэффекте, когда фиксируются воз¬ бужденные световыми квантами элек¬ троны, а не термоэлектродвижущаяся сила (термопара) и не изменение со¬ противления (болометр). Поэтому по контрасту участков оценивается толь¬ ко их относительная разность темпе¬ ратур, хотя по специально разрабо¬ танным для этой цели методикам, учитывающим метеоусловия, про¬ зрачность атмосферы и состояние Солнца, для определения температу¬ ры поверхности Земли используют тарированные излучатели, установ¬ ленные на борту носителя. ОПТИКОЭЛЕКГРОННАЯ СИСТЕМА САМОНАВЕДЕНИЯ Оптикоэлектронные устройства (модули) входят в состав систем са¬ монаведения ВТО, либо дополняя ра¬ диолокационные средства, либо функционируя самостоятельно, решая при этом те же задачи наведения. Основным принципиальным от¬ личием оптикоэлектронных средств самонаведения на цель от радиолока¬ ционных средств является преимуще¬ ственно пассивный характер наблю¬ дения за окружающей обстановкой и
пассивный характер измерения пара¬ метров перемещения цели и ее коор¬ динатных характеристик. Алгоритмы функционирования оптикоэлектронных средств самона¬ ведения в различных типах ВТО (бал¬ листические ракеты средней дально¬ сти, крылатые ракеты, ракеты класса «воздух-воздух», корректируемые бомбы, артиллерийские боеприпасы с лазерным конечным наведением) не имеют между собой значительных принципиальных отличий. В задачи оптикоэлектронной системы самона¬ ведения входит обнаружение цели на фоне окружающей среды, распозна¬ вание типа цели, определение кон¬ кретных координатных и некоорди¬ натных характеристик цели, т.е. ее идентификация. Учитывая пассивный характер функционирования боль¬ шинства оптикоэлектронных систем самонаведения, отличительной чертой этих систем является обнаружение излучающих объектов [546]. Системы фиксируют электромагнитное излу¬ чение как в видимой области его спектра, так и в ИК- и ультрафиоле¬ товой областях. Состав системы самонаведения, обеспечивающей автоматический анализ наблюдаемых оптикоэлектронных изображений и самонаведение ракетного ВТО (рис. 4.14) ■ Модули формирования электри¬ ческих сигналов, соответствую¬ щих наблюдаемым изображени¬ ям: телевизионные (ТВК) и теп¬ ловизионные (ТПК) камеры, осуществляющие наблюдение за окружающим пространством и обеспечивающие визуальное прицеливание. В случае приме¬ нения аналоговых или аналого- цифровых телевизионных и/или тепловизионных камер для обес¬ печения процедур управления бортовыми камерами, унифика¬ ции процессов предварительной обработки видеосигналов и ком¬ мутации видеосигналов от раз¬ личных камер, все бортовые ка¬ Рисунок 4.14 Схема системы самонаведения, осуществляющей автоматический анализ оптикоэлектронного изображения
меры должны иметь возмож¬ ность работать в режиме внеш¬ ней синхронизации либо от строчных и кадровых импульсов, либо от стандартного «сигнала синхронизации приемника» (что намного лучше). ■ Аналоговые или цифровые кор¬ ректоры видеосигналов (КВ), выполняющие функции вырав¬ нивания параметров видеосигна¬ лов от разных бортовых телеви¬ зионных и тепловизионных ка¬ мер и осуществляющие предва¬ рительную обработку этих ви¬ деосигналов (контрастирование, выравнивание динамических диапазонов, коррекцию четкости, противошумовую коррекцию и др.) этих видеосигналов. ■ Концентратор видеосигналов (КВС) от телевизионных и теп- ловизионной камер, предназна¬ ченный для подключения к про¬ цессору видеосигнала тех теле¬ визионных и тепловизионных камер, которые в соответствую¬ щий момент формируют изобра¬ жения, требуемые для анализа наблюдаемой окружающей об¬ становки или состояния и поло¬ жения объекта-цели. ■ Стабилизированный источник питания (СИП), обеспечиваю¬ щий электропитанием все эле¬ менты бортового ТВ-комплекса автоматического анализа оптико¬ электронного изображения. Перечисленные элементы борто¬ вого ТВ-комплекса являются разрабо¬ танными, испытанными и достаточно широко применяемыми устройствами. Порядок их применения в составе системы самонаведения не вызывает каких-либо значительных трудностей. Главным же функциональным эле¬ ментом оптикоэлектронной системы самонаведения становится вычисли¬ тельное устройство (БВУ) автоматиче¬ ского анализа оптических сигналов - «мозг» всей системы автоматического анализа оптического изображения, формируемого оптикоэлектронной системой самонаведения. Очевидно, что ИК-модуль в сис¬ теме самонаведения должен иметь защитную оболочку (обтекатель) от набегающего воздушного потока (и теплового удара) и в то же время дос¬ таточно прозрачную для данной об¬ ласти длин волн ИК-диапазона. Кро¬ ме того, в конструкции системы са¬ монаведения могут использоваться материалы и поверхности, хорошо отражающие излучение (для зеркаль¬ ных и зеркально-линзовых антенн) и, наконец, должны быть материалы и поверхности, поглощающие падаю¬ щее на них излучение и преобразую¬ щие его в электрический сигнал. Бортовое вычислительное уст¬ ройство, функционирующие на осно¬ ве специального программного обес¬ печения логического анализа наблю¬ даемых изображений фоноцелевой обстановки, предназначено для вы¬ полнения следующих основных опе¬ раций. ■ Выделение целей на наблюдае¬ мом изображении, заключаю¬ щееся в автоматическом опреде¬ лении на сформированном бор¬ товыми камерами изображении некоторых областей, включаю¬
щих в себя функционально за¬ вершенные структурные элемен¬ ты, которые могут быть описаны в системе классификации объек¬ тов (целей), принятой для авто¬ матического анализа оптического изображения. ■ Классификация выделенных об¬ ластей, выполняемая на основе сравнения с введенными в па¬ мять бортового вычислительного устройства трехмерными этало¬ нами и правилами сопоставления с этими эталонами. ■ Измерение геометрических ха¬ рактеристик выделенных и клас¬ сифицированных объектов. ■ Принятие решения об обнаруже¬ нии на наблюдаемом изображе¬ нии искомых объектов-целей. ■ Формирование управляющих сигналов для исполнительных модулей ракеты, обеспечиваю¬ щих перемещение ракеты по тра¬ ектории и управление подрывом боевой части ракетного ВТО. В основу работы вычислитель¬ ного устройства оптикоэлектронной системы самонаведения чаще всего закладывается алгоритм корреляци¬ онно-экстремального анализа изо¬ бражения, наблюдаемого оптико¬ электронными камерами. Место предполагаемой доставки боевой части должно быть заранее сфото¬ графировано разведывательными средствами. Из этих снимков предва¬ рительно должны быть сформирова¬ ны трехмерные компьютерные моде¬ ли-эталоны, которые вводятся в по¬ летное задание системы самонаведе¬ ния. При подлете к предполагаемому месту расположения цели, выпол¬ няемым на основе бортовых навига¬ ционных средств, запускается та часть программного обеспечения, которая осуществляет первичный анализ изображения поверхности. В результате этого анализа принимает¬ ся решение о корректности достиже¬ ния требуемого места расположения цели или принимается решении о повторном поиске, перенацеливании или самоликвидации. При успешном достижении цели и ее захвате на ав¬ тосопровождение запускается про¬ граммное обеспечение, ответствен¬ ное за этап собственно избиратель¬ ного поражения (попадании в наме¬ ченную в полетном задании точку прицеливания). Рассмотрим несколько типичных вариантов реализации оптикоэлект¬ ронных систем самонаведения. Замкнутый многомерный кон¬ тур автоуправления (рис. 4.15) включает в себя следующие функ¬ циональные модули [176]: ■ Приемник текущих изображений (ПТИ). ■ Устройства предварительной об¬ работки изображения. ■ Запоминающее устройство для хранения эталонов. ■ Многомерный корреляционный дискриминатор (МКД). ■ Блоки обратных связей. ■ Исполнительные устройства. Приемник изображений преобра¬ зует входное яркостное поле, созда¬ ваемое модулями наблюдения, в циф¬ ровой видеосигнал, служащий теку¬ щим изображением. Устройства предварительной обработки изобра¬ 353
Рисунок 4.15 Схема замкнутого многомерного контура автоуправления жения (фильтры, корректоры, авто¬ регуляторы уровня, нелинейные пре¬ образования видеосигналов, масшта¬ бирование, и т.д.) выделяют инфор¬ мативные компоненты сигналов, улучшают визуальное восприятие (если сигнал используется для целе- наведения), подчеркивания призна¬ ков необходимых для работы систе¬ мы и пр. Измерительным звеном системы является многомерный корреляцион¬ ный дискриминатор. На вход много¬ мерного корреляционного дискрими¬ натора подаются текущее изображе¬ ние, формируемое приемником изо¬ бражений, и эталонное изображение, хранящееся в запоминающем устрой¬ стве эталонов. Дискриминатор вы¬ полняет вычисление сдвига между те¬ кущим и эталонным изображениями посредством беспоисковых процедур их корреляционного сравнения, что означает нахождение вектора таких сдвигов, которые после их реализа¬ ции в оптикоэлектронной системе самонаведения, преобразуют эталон¬ ное изображение в изображение, наиболее близкое к текущему изо¬ бражению (с учетом выбранного кри¬ терия близости). Блоки обратных связей на основе сигналов, полученных на выходе мно¬ гомерного корреляционного дискри¬ минатора, формируют управляющие воздействия, которые затем подаются на исполнительные устройства. Они в свою очередь изменяют ориентацию приемника текущих изображений и преобразуют сравниваемые изобра¬
жения и выходные сигналы так, что¬ бы парировать измеренные дискри¬ минатором сдвиги. В состав системы также может входить блок перезаписи эталонов, который периодически по определен¬ ному критерию производит запись те¬ кущего кадра в качестве эталона. Та¬ ким критерием может служить, на¬ пример, большое масштабное рассо¬ гласование, которое уже невозможно скомпенсировать механическими или электронными средствами. Кроме этого, возможен режим предвари¬ тельной записи эталонного изображе¬ ния, полученного из других источни¬ ков. В этом случае оптикоэлектронная система самонаведения, получив при¬ близительное начальное целеуказа¬ ние, должна произвести автоматиче¬ ский захват и сопровождение задан¬ ного эталона. Для поддержания режима непре¬ рывного слежения за точкой прице¬ ливания в полете, формирование кад¬ ров приемником производится перио¬ дически с заданной частотой согласно принятому для системы стандарту разложения. Измерения сдвига в мно¬ гомерном корреляционном дискри¬ минаторе желательно осуществлять с задержкой, не превышающей одного- двух периодов кадровой частоты. Обобщенная схема ракетного ВТО, в контур управления которой входит оптикоэлектронная система самонаведения, представлена на рис. 4.16. В этой структурной схеме учтены основные реальные факторы, воздействующие на ракету при ее на¬ ведении на цель. На схеме (рис. 4.16) учтена воз¬ можность работы с такими акторами и артефактами как ложные цели ЛЦ Рисунок 4.16 Обобщенная схема ракетного ВТО с оптикоэлектронной системой самонаведения: ЛЦ - ложные цели; АП - активные помехи; РМ - рулевые машины; МЦ - множество целей; АС - автопилот; ФЦО - фоноцелевая обстановка; ОЭСС - оптикоэлектронная следящая система; КЭ - кинематический элемент; \|/ - угол линии визирования цели; со - угловая ско¬ рость линии визирования цели
(трехмерные макеты вооружений и военной техники, техники, отслу¬ жившей свой срок, «бутафорные» здания и архитектурные сооружения), источники активных помех (источни¬ ки ИК-излучения, дымовых или ог¬ ненных завес, источники лазерного излучения), возможность одновре¬ менного наблюдения нескольких це¬ лей, приводящая к трудностям выбора цели из ряда, и учет влияния фоноце¬ левой обстановки на процесс самона¬ ведения. Вся математическая и логическая обработка наблюдаемых изображений осуществляется в вычислительном уст¬ ройстве оптикоэлектронной системы самонаведения (следящей системы). Кратко рассмотрев структуру оп¬ тикоэлектронной системы самонаве¬ дения, выделим тот ее модуль, кото¬ рый играет главную роль в процессе идентификации цели. Таким модулем оптикоэлектронной системы самона¬ ведения является устройство выделе¬ ния цели на подстилающем фоне. Параметры анализируемой цели определяются алгоритмом предвари¬ тельной обработки ее теплового изо¬ бражения (яркостного и спектрально¬ го), алгоритмом сегментации этого изображения и, что самое главное, ал¬ горитмом идентификации объекта- цели (т.е. алгоритмом распознавания образов, составляющих изображение). Достаточно уверенно можно ут¬ верждать, что правила предваритель¬ ной обработки полученных тепловых изображений в настоящее время из¬ вестны, проверены и их совершенст¬ вование не является актуальной зада¬ чей. Поэтому далее остановимся на обсуждении только двух важнейших с точки зрения идентификации цели функциях: сегментации изображения и распознавании образов на нем. За выделяемый и распознаваемый объ¬ ект можно принять надводный ко¬ рабль или его элементы, которые мо¬ гут сохраниться после кораблекруше¬ ния. Окружающий фон на таком изо¬ бражении составляют подстилающая поверхность моря, на которой могут находиться другие корабли, и небо, на котором могут быть Солнце, звезды и/или облака. Предложено достаточно большое число методов распознавания образов на тепловом изображении, например, корреляционно-экстремального, ста¬ тистического, структурного, метода геометрических инвариантов и неко¬ торых других. Рассматривая перечис¬ ленные методы с точки зрения их возможности распознавать морские объекты (целые и поврежденные), от¬ метим следующее: упомянутые мето¬ ды обеспечивают приемлемое качест¬ во распознавания объектов на тепло¬ вых изображениях только при нали¬ чии достаточной исходной опорной информации о распознаваемых мор¬ ских объектах (эталонах). При поиске на тепловом изображении морских объектов, исходный вид которых можно задать только приближенно (что может быть, например, при опи¬ сании последствий кораблекруше¬ ния), перечисленные методы распо¬ знавания образов требуемую досто¬ верность распознавания могут не обеспечить. Кроме того, все упомянутые вы¬ ше методы выделения объектов на
окружающем фоне имеют одно общее свойство: цели, подлежащие выбору из множества объектов, составляю¬ щих сцену, и эталоны, по которым производится распознавание этой це¬ ли, рассматриваются как неделимые изображения. Это означает, что сте¬ пень совпадения между целью и эта¬ лоном измеряется исключительно оценкой степени «наложения» цели на образец. Результатом такого анали¬ за может стать нераспознавание нуж¬ ного объекта, как цели, из-за несовпа¬ дения большого числа малозначи¬ тельных с точки зрения информатив¬ ности деталей, которые, однако, мо¬ гут занимать большую площадь сопоставляемых объектов (например, при высоком уровне шумов на тепло¬ вом изображении). Такой же резуль¬ тат возможен при сравнении цели и эталона, если эти объекты имеют раз¬ ный масштаб и/или геометрическую ориентацию (вызванную, например, креном ракеты). Сопоставление теплового изо¬ бражения цели и эталона можно вести из определения величины, характери¬ зующей взаимное совпадение их за¬ ранее определенных характеристик и признаков. Кроме того, совпадение каждого отдельного признака харак¬ теризуется своей степенью важности, что позволяет усилить значимость наиболее информативных признаков и уменьшить влияние ошибок несоот¬ ветствия тех признаков, значимость которых невелика. Ситуация особо осложняется, ес¬ ли ракета подходит к цели не со сто¬ роны борта, а со стороны кормы или носа корабля. В этом случае объект- цель может иметь вид, отсутствую¬ щий в системе идентификации, рабо¬ тающей по корреляционно-экстре- мальному методу, и цель не будет идентифицирована. Итак, сопоставление цели и эталона следу¬ ет ориентировать на определение меры, ха¬ рактеризующей взаимное совпадение их заранее строго определенных характери¬ стик и признаков. Кроме того, совпадение каждого отдельного признака характеризу¬ ется своей степенью важности, что позво¬ ляет усилить значимость наиболее инфор¬ мативных признаков и уменьшить влияние ошибок несоответствие тех признаков, зна¬ чимость которых невелика. В приемнике системы самонаве¬ дения обрабатывается сигнал радио- теплолокационного канала с целью оценки параметра сигнала, который содержит информацию об угловом положении цели (об угле визирова¬ ния), и формируется пеленгационная характеристика этого канала - зави¬ симость напряжения на выходе от уг¬ ла визирования (от углового положе¬ ния цели относительно оптической оси антенны). Затем в системе самонаведения в зависимости от принятого метода на¬ ведения формируются две команды на исполнительные органы ракеты (по курсу и по тангажу). Эти команды от¬ клоняют рули ракеты таким образом, чтобы был реализован принятый ме¬ тод самонаведения: или продольную ось ракеты направить на цель (прямое наведение), или вектор скорости ра¬ кеты направить на цель (наведение по кривой погони), или реализовать та¬
кое движение ракеты, при котором происходит параллельное сближение (линия визирования перемещается па¬ раллельно самой себе в пространстве). В «доцифровой» период разви¬ тия радиоэлектроники создавались и использовались ИК-системы самона¬ ведения с трансляцией угла визирова¬ ния цели в пропорциональное смеще¬ ние в фокальной плоскости соответ¬ ствующего изображения. Такая трансляция осуществлялась с помо¬ щью модулятора в виде вращающего¬ ся диска, расположенного в фокаль¬ ной плоскости и имеющего растр с прозрачными и непрозрачными об¬ ластями, которые при вращении мо¬ дулирующего диска прерывают сфо¬ кусированный лучистый поток, моду¬ лируют его. Известно более 20 вари¬ антов растра модулирующего диска, в которых в зависимости от рисунка растра информация об угловом поло¬ жении цели закладывается в парамет¬ ры сигнала с различными видами мо¬ дуляции [546]. Цифровые технологии вкупе с матричными сенсорами принятого излучения позволяют осуществлять автоматическое обнаружение и распо¬ знавание нескольких целей и обеспе¬ чить возможность атаки наиболее приоритетной из них [898]. В настоящее время в оптикоэлек¬ тронных системах самонаведения ис¬ пользуются различные методы авто¬ матического распознавания классов объектов. Эти методы, как правило, можно разделить на следующие ос¬ новные группы. Группа 1. Алгоритмы, которые используют непосредственно полуто¬ новую информацию (например, кор¬ реляционные методы). Группа 2. Алгоритмы, основан¬ ные на сегментации подозрительных объектов, вычислении конечного множества интегральных признаков, описывающих форму данного объекта и сопоставлении полученных число¬ вых оценок с некоторым эталонным множеством признаков, характерным для конкретного класса. В качестве признаков используются некоторые инварианты, получаемые с помощью интегральных моментов изображения сегментированных объектов или бо¬ лее обобщенные признаки, как, на¬ пример, гистограммы распределения признаков, построенные на основании анализа кривизны и фазы градиента яркости в каждой точке изображения. Группа 3. Алгоритмы, исполь¬ зующие разного уровня структурные признаки, вычисляемые на сопостав¬ ляемых изображениях, от простых, таких как прямые края, углы, пересе¬ чения линий и т.д. до сложных, где используются высокоуровневые при¬ знаки, идентифицирующие объекты и их части, а также их семантическая взаимосвязь. Недостатком алгоритмов груп¬ пы 1 является их чувствительность к любым нестационарным изменениям яркости. Например, небольшая разни¬ ца в освещении эталона и объекта приводит к невозможности их сопос¬ тавления. Недостатком группы 2 яв¬ ляется, во-первых, сильная зависи¬ мость получаемых оценок признаков от способа сегментации (проблема выбора порога), а во-вторых, неодно¬ значная зависимость численных зна¬
чений признаков от формы объектов (плата за интегральность). Недостаток группы 3 заключается в трудности выделения и идентификации призна¬ ков и их взаимного пространственно¬ го расположения (семантики). Одна¬ ко для распознавания таких про¬ мышленных и крупных объектов, как нефтехранилища и им подобные, без многообъектной сегментации с уче¬ том семантических связей между все¬ ми объектами обойтись достаточно трудно. В литературе сегодня (2016) пре¬ обладает точка зрения, базирующаяся на результатах проведения сравни¬ тельных экспериментальных исследо¬ ваний с использованием различных массивов реальной видеоинформации, что наибольшей эффективностью (в смысле наибольшей вероятности пра¬ вильной идентификации классов) об¬ ладают алгоритмы автоматическо¬ го распознавания, работающие на корреляционно-экстремальном прин¬ ципе, но использующие контурную информацию. Достоинства алгоритмов ш Разрывность контуров и неточ¬ ность наложения контурных пикселей эталона на объект не является существенным. ■ Рассчитываемые числовые ха¬ рактеристики непосредственно и однозначно связаны с формой объектов. Поскольку в качестве информа¬ ционной модели объекта использует¬ ся его контурное представление, база эталонов содержит специально приго¬ товленные контурные изображения эталонов для конечного множества ракурсов. Этап 1. На этом этапе работы алгоритма производится поиск всех объектов, размеры которых на теку¬ щем изображении заранее вычислены, так как известно расстояние до зем¬ ной поверхности в зоне внимания, из¬ вестны геометрические размеры ожи¬ даемого объекта и изображение объ¬ екта контрастно относительно под¬ стилающей поверхности (фона). Перед поиском подозрительных объ¬ ектов над исходным изображением производятся операции предвари¬ тельной фильтрации, улучшающие качество исходных изображений. Да¬ лее осуществляется последователь¬ ный поиск областей интереса на изо¬ бражении с помощью скользящего окна, внутри которого вычисляется некоторая дискриминационная функ¬ ция, результатом которой является численная оценка (вектор оценок), которая сравнивается с заданным по¬ рогом и по результату сравнения при¬ нимается решение о наличии или от¬ сутствии в данной окрестности иско¬ мого объекта. Поиск областей интере¬ са производиться следующим обра¬ зом: в зависимости от численного значения дискриминационной оценки строится ранжированный ряд облас¬ тей, из которых оставляется конечное число областей с максимальными значениями оценок. Далее работа ал¬ горитма осуществляется только в данных областях. Этап 2. На данном этапе работы алгоритма производится автоматиче¬ ское распознавание класса объекта в каждой выделенной на первом этапе
области интереса. Распознавание производится по принципу сравнения текущего изображения объекта с множеством эталонов, каждый из ко¬ торых представляет собой специально подготовленные контурные изобра¬ жения объекта заданного класса для необходимого количества ракурсов. Методика их подготовки изложена выше. В результате сравнения для каждого эталона и текущего изобра¬ жения вычисляется оценка близости. Экстремальные значения оценок для каждого класса эталонов запомина¬ ются, а затем выделяется класс- победитель, для которого значения оценки критерия будут наилучшие. Имя класса-победителя присваивается исследуемому объекту на изображе¬ нии. Если экстремумы критериальных оценок получаются ниже установлен¬ ного порога, то объект считается не¬ распознанным. Традиционные корреляционные алгоритмы хорошо работают при сравнении широких полутоновых об¬ ластей при условии, что объектное изображение слабо зашумлено и яр¬ кость и контраст эталона и объекта мало отличаются между собой. Кон¬ тура же, как правило, являются узки¬ ми, и даже если с точки зрения опера¬ тора формы контуров эталона и объ¬ екта похожи, то из-за неточного сов¬ падения контуров эталона и объекта с точки зрения алгоритма они будут считаться непохожими. Для преодоления трудностей применения контурных описаний в задачах распознавания используется метод измерения сходства контурных изображений, который заключается в том, что одно из них, например эта¬ лонное, преобразуется в полутоновое, где все пикселы имеют численные значения, равные дистанции до бли¬ жайшего контурного пиксела. Такое изображение именуется «дистант¬ ным» [892], при этом пикселы, при¬ надлежащие контурам, будут иметь соответственно нулевые значения. Минимальное значение из множества всех возможных минимумов, полу¬ ченных при переборе всей базы эта¬ лонов, дает искомый класс и точный ракурс исследуемого объекта. Распознавание цели и наведение (прицеливание) на конечном этапе полета любого ракетного ВТО - про¬ цедура, успешное выполнение кото¬ рой гарантирует решение боевой за¬ дачи по избирательному поражению. Самоприцеливающиеся боеприпасы (боеприпасы, самостоятельно нахо¬ дящие себе цели) отдельно рассмат¬ риваться не будут, поскольку алго¬ ритм их функционирования включает в себя рассматриваемые далее опера¬ ции поиска и идентификации целей, выполняемые и при самонаведении. Основой для наведения на ко¬ нечном участке полета являются те данные, которыми систему автомати¬ ческого пилотирования обеспечивает система самонаведения. В состав системы самонаведения входят следующие основные узлы: ■ Модуль (или модули) для на¬ блюдения за пространством, со¬ держащим цель. ■ Модуль выделения цели на под¬ стилающем фоне. ■ Модуль определения параметров цели. 360
В соответствии с принятой кон¬ цепцией построения систем самона¬ ведения, в качестве устройств на¬ блюдения за пространством, со¬ держащем цель, чаще всего исполь¬ зуют: ■ Радиолокационное устройство - для дальнего поиска цели и из¬ мерения расстояния между сис¬ темой самонаведения и целью. ■ Приемник ИК-излучения цели для формирования теплового изображения цели с расстояния ее прямой видимости в любое время суток путем регистрации собственного излучения цели. ■ Телевизионную камеру для фор¬ мирования изображения цели, наблюдаемого в видимом спек¬ тре излучения цели также с рас¬ стояния ее прямой видимости; телевизионное изображение цели позволит уточнить ее параметры, например, при постановке целью радиолокационных и/или тепло¬ вых помех. В некоторые системы самонаве¬ дения входят лидары. Для выделения цели на подсти¬ лающем фоне в систему самонаведе¬ ния вводится специальный модуль, осуществляющий семантический ана¬ лиз цели, выполняя следующие дей¬ ствия. ■ Преобразование яркостно-конт- растных характеристик изобра¬ жения, наблюдаемого в ИК- и/или ультрафиолетовой области спек¬ тра, и изображения, наблюдаемо¬ го в видимой области спектра. ■ Преобразование частотно-конт¬ растных характеристик изобра¬ жения, наблюдаемого в ИК- и/или ультрафиолетовой области спек¬ тра, и изображения, наблюдаемо¬ го в видимой области спектра. ■ Выделение структурно связан¬ ных областей на преобразован¬ ных изображениях (сегмента¬ ция), используя анализ текстур, составляющих изображения, и измеренные радиолокационным модулем или лазерным дально¬ мером расстояния между систе¬ мой самонаведения и целями. ■ Идентификация (распознавание) цели, используя выбранный ал¬ горитм распознавания образов. Результаты семантического ана¬ лиза наблюдаемой сцены поступают в модуль определения параметров цели. В этой части системы самонаведения выполняется определение таких вели¬ чин коррекции курса, которые после отработка в системе самонаведения обеспечивают попадание этой ракеты в заданную заранее область уже иден¬ тифицированной цели (рубка, машин¬ ное отделение, ракетная установка и т.п.). Выделим теперь тот модуль сис¬ темы самонаведения, который играет самую главную роль в процессе иден¬ тификации атакуемого объекта - це¬ ли. Таким модулем системы самона¬ ведения является устройство выделе¬ ния цели на подстилающем фоне. Параметры цели, на которую осуществляется наведение, (скорость, распознавание, его точность и др.) определяются алгоритмом предвари¬ тельной обработки изображения (яр- костно-контрастной и частотно-конт¬ растной характеристик), алгоритмом
сегментации ИК-изображения и, что самое главное, алгоритмом иденти¬ фикации объекта - цели (т.е. алгоритм распознавания образов, составляю¬ щих изображение). Достаточно уверенно можно ут¬ верждать, что правила предваритель¬ ной обработки полученных изобра¬ жений в настоящее время известны и испытаны. Интерес представляют прежде всего два важнейших с точки зрения идентификации цели действия: сегментация изображений и распо¬ знавание образов на нем. Сегментацию изображения и распознавание образов на нем следует вести, используя для локализации объекта-цели тепловизионное изо¬ бражение и (если возможно) телеви¬ зионное изображение сцены при со¬ ответствующих погодных условиях освещения, а также информацию о взаимном расположении, получаемую от радиолокационной канала системы самонаведения. Особо отметим, что речь идет о распознавании объекта - цели. Под распознаванием образа будем пони¬ мать обработку изображения наблю¬ даемого объекта-корабля, позволит классифицировать объект (авиано¬ сец, торпедный катер, крейсер, фре¬ гат и т.п.) и определить ракурс его съемки, т.е. направление подлета ра¬ кеты к цели. Анализу распространенных в на¬ стоящее время методов распознава¬ ния образов на тепловом изображении (в частности, корреляционно-экстре- мального метода, статистического, структурного, метода геометрических инвариантов и некоторых других) по¬ священо достаточное число работ (см. например [87]). Рассматривая характе¬ ристики перечисленных методов с точки зрения их возможности распо¬ знавать морские объекты (целые и по¬ врежденные), отметим главное: упо¬ мянутые выводы обеспечивают при¬ емлемое качество распознавания объ¬ ектов на тепловых изображениях толь¬ ко при наличии достаточной исходной опорной информации о распознавае¬ мых морских объектах (эталонов). Возможности корреляционно¬ экстремального метода по идентифи¬ кации в условиях наличия помех объ¬ екта-цели, находящегося на ИК-изо- бражении. К понятию «помеха» в данном случае будем относить и искусствен¬ но создаваемые объекты, искажаю¬ щие вид маскируемой цели, и естест¬ венные явления, возникающие в при¬ роде (погодные условия, время суток и т.д.). Рассмотрим несколько основ¬ ных вариантов применения корреля- ционно-экстремального метода. Прямое применение корреляци- онно-экстремального метода при сла¬ бых помехах. Наличие помех, уровень которых еще не исключает возможно¬ сти наблюдать элементы цели, приво¬ дит к необходимости построения опорных изображений исследуемого объекта, на которых идентифицируе¬ мая цель соответствующим образом искажена. Поскольку номенклатура искажений достаточно широка, коли¬ чество опорных изображений будет также немалым. Это ограничивает возможности применения корреляци¬ онно-экстремального метода для ана¬ лиза и распознавания цели в реальных 362 |
условиях (т.е. при наличии слабых по¬ мех). Другая сложность распознава¬ ния, которую очень трудно преодолеть при использовании корреляционно¬ экстремального метода, - это иденти¬ фикация объекта - цели в условиях, когда эта цель частично скрыта каким- то другим объектом. Такая ситуация может иметь место, когда, например, корабль - цель зашел за другой ко¬ рабль или иное препятствие. Корреля- ционно-экстремальный метод в такой ситуации практически не позволит выделить цель, которая будет потеря¬ на. Потеря цели в таком случае может быть объяснена особенностью корре¬ ляционно-экстремального метода - в соответствии с этим методом произво¬ дится опознавание, а не распознавание цели на подстилающем фоне. Ограни¬ ченные возможности прямого приме¬ нения корреляционно-экстремального метода объясняются отсутствием ка¬ кой-либо интеллектуальной обработки анализируемого оптикоэлектронного изображения, т.е. исследования его семантики. Можно предположить, что выявленные недостатки прямого при¬ менения корреляционно-экстремаль¬ ного метода не позволяют его эффек¬ тивно применять для выделения цели на подстилающем фоне при наличии слабых помех. Прямое применение корреляционно-экстремального мето¬ да - при сильных помехах. Картина меняется, когда рас¬ сматривается возможность примене¬ ния корреляционно-экстремального метода в условиях сильного искаже¬ ния оптикоэлектронного изображения цели шумовыми помехами. В услови¬ ях сильных помех элементы цели уже не поддаются детальному анализу, и вся цель в ИК-диапазоне воспринима¬ ется как некоторый светящийся объ¬ ект - светлое пятно на обычно более темном фоне (например, при наблю¬ дении морской цели - вода обычно холоднее корпуса корабля). В этих условиях ИК-датчик, входящий в сис¬ темы самонаведения, переводится в режим теплопеленгатора и начинает работать как устройство, определяю¬ щее центральную область источника теплового ИК-излучения. В качестве эталонного изображения в этом ре¬ жиме применяется изображение, со¬ ответствующее образу, формируемо¬ му тепловой помехой (обычно в виде яркого пятна). В этом режиме при¬ менение корреляционно-экстремаль- ного метода для поиска цели и сле¬ жения за целью представляется целе¬ сообразным. Хотя подобное выска¬ зывание скорее относится к телеви¬ зионным изображениям, оно в еще большей степени применимо и к теп¬ ловым изображениям, поскольку те¬ пловая неопределенность наблюдае¬ мого объекта зависит еще и от раз¬ личных (в том числе и маскировоч¬ ных) характеристик излучающего ИК-лучи объекта. Метод, основанный на интеллек¬ туальной обработке наблюдаемого изображения. Реализация такого ме¬ тода возможна на основе применения рассмотренной выше экспертной сис¬ темы и варианта ее реализации по¬ средством применения нейронной се¬ ти. Отметим, что интеллектуализация современных средств ВТО является основным направлением развития та¬ кого вида вооружений.
Радиотеплорадиолокационные системы В видимом диапазоне яркостная структура объектов создается за счет источ¬ ников внешней подсветки (Солнце, Луна, искусственные источники освещения) и собственной отражательной способности объектов. При тепловидении в миллиметро¬ вом и ИК-диапазонах возможность наблю¬ дения создается как собственным тепловым излучением объектов, так и отраженным ими тепловым излучением окружающего пространства, включая атмосферу, земную поверхность, соседние объекты и т.д. Соб¬ ственное тепловое излучение может быть поляризованным, тогда фиксируемые ха¬ рактеристики этого излучения изменяются при вращении анализатора поля вокруг на¬ правления наблюдения. При отражении те¬ пловое излучение, как правило, также ста¬ новится поляризованным. Например, поля¬ ризацию света при диффузном рассеянии еще в 1905 г. исследовал Н.А. Умов. Им сформулирована удивительная закономер¬ ность (закон Умова): чем темнее диффузная поверхность, тем сильнее поляризован рас¬ сеянный ею свет. Отметим сразу же, что из закона Умова следует большая степень по¬ ляризации рассеянного света от влажных поверхностей. Радиотеплорадиолокационные систе¬ мы способны наблюдать и распознавать фоноцелевую обстановку, состоящую из от¬ дельных структурных элементов, отличаю¬ щихся термодинамической температурой, материалом, формой, кривизной поверхно¬ сти и т.п. Распознавание цели возможно, ко¬ гда ее тепловой портрет (зависящий от тем¬ пературы, материала, формы, структуры це¬ ли) содержит ряд структурных особенно¬ стей, отличающих ее от всех других. К ним можно отнести, например, характерную со¬ вокупность контурных и текстурных осо¬ бенностей как элементов цели, так и цели в целом. Абсолютная величина контраста при этом не имеет существенного значения - достаточно, чтобы она превышала некото¬ рый пороговый уровень. Распознавание ста¬ тистически однородных покровов, в отли¬ чие от объектов, может основываться на ре¬ зультатах измерения параметров их собст¬ венного излучения. Раздел радиоэлектроники, занимаю¬ щийся решением задач обнаружения объек¬ тов и измерения их параметров и координат путем приема радиотеплового излучения этих объектов, называется радиотеплолока- цией, т.е. определением местоположения объектов (целей) по их радиотепловому из¬ лучению. Обнаружение объекта и измере¬ ние его параметров осуществляются при наличии контраста интенсивности радиоте¬ плового излучения этих объектов относи¬ тельно радиотеплового излучения фона, на котором производится наблюдение. В радиотеплолокации для обнаруже¬ ния объектов используется прием их есте¬ ственного радиотеплового излучения, т.е. радиотеплолокация («пассивная радиолока¬ ция», «тепловая пассивная радиолокация» и «радиометрия») - это разновидность пас¬ сивной локации. Этим радиотеплолокация принципиально отличается от активной ло¬ кации, основанной на применении искусст¬ венно генерируемых радиоизлучений. На¬ гретое тело излучает электромагнитное по¬ ле в достаточно широкой области частот (в отличие от излучения лазера, которое явля¬ ется монохроматическим). Сигналы радио¬ теплового излучения являются широкопо¬ лосными. Для их приема применяются ши¬ рокополосные радиоприемники, называе¬ мые радиометрами. Радиометры осуществ¬ ляют прием сигналов радиотеплового излучения главным образом в миллиметро¬ вом диапазоне, и они могут обеспечить изо¬ бражение, аналогичное телевизионному. С помощью радиометров может оцениваться поляризационное состояние радиотеплового излучения. Отличительные особенности радиоте- плолокационных измерений - малая мощ¬ ность входного сигнала и его шумовой ха¬ рактер определяют специальные подходы к 1 т 364
решению вопросов метрологического обес¬ печения данного вида измерений [804]. В частности при планировании и организа¬ ции технического обеспечения радиотеп- лолокационных измерений должны быть решены следующие вопросы. ■ Пространственная селекция прини¬ маемого радиошумового излучения от исследуемой области пространства. ■ Выделение прироста выходного сиг¬ нала, обусловленного приемом внеш¬ него шумового сигнала, на фоне от¬ носительного большого по мощности внутреннего шума приемника радио- теплолокационной системы, для уменьшения собственных шумов приемника применяют криогенную технику, т.е. охлаждают входные це¬ пи и первые каскады усиления в при¬ емнике, что, правда, для боевых средств ВТО достаточно тяжело реа¬ лизовать. ■ Определение соответствия уровня вы¬ ходного сигнала системы радиоярко- стной температуре исследуемой об¬ ласти с последующим решением об¬ ратных задач оценки электрофизиче¬ ских параметров (т.е. некоординатных характеристик) области зондирования. Шумовой характер сигнала от объек¬ тов наблюдения в радиотеплолокации опре¬ деляет процедуру пространственной селек¬ ции, выполняемую антенной на входе опти¬ коэлектронной системы, как единственно возможный способ выделения информаци¬ онного сигнала, принимаемого от иссле¬ дуемой области при наличии фонового ра¬ диошумового излучения окружающего про¬ странства. Метод радиотеплолокации успешно сочетает в себе свойства абсолютной скрытности и всепо- годности применения. При решении задач са¬ монаведения радиотеплолокация применяется как один из инструментов целеуказания во вре¬ мя подготовки полетных заданий (в частности при разработке эталонных изображений объек¬ тов поражения высокоточным оружием). Основные модули оптикоэлектронной системы самонаведения ■ Устройство (или устройства) для на¬ блюдения за фоноцелевой обстанов¬ кой (ландшафтом), где предполагается нахождение цели (приемник ИК-излу- чения цели для формирования тепло¬ вого изображения цели). ■ Устройство выделения цели на под¬ стилающем фоне. ■ Устройство определения параметров цели. Для выделения цели на подстилаю¬ щем фоне в оптикоэлектронной системе самонаведения вводится специальное устройство у осуществляющее семанти¬ ческий анализ наблюдаемой цели, выпол¬ няя следующие действия: ■ Преобразование яркостных характе¬ ристик изображения, наблюдаемого в ИК-области спектра. ■ Преобразование спектральных харак¬ теристик изображения, наблюдаемого в ИК-области спектра. ■ Выделение структурно связанных об¬ ластей на преобразованных изображе¬ ниях (сегментация). ■ Идентификация (распознавание) цели с использованием выбранного алго¬ ритма распознавания образов. Результаты семантического анализа наблюдаемой сцены поступают в устройст¬ во определения параметров цели. В этой части оптикоэлектронной системы самона¬ ведения выполняется определение таких ве¬ личин коррекции курса ракеты, которые обеспечивают подлет ракеты к заданной за¬ ранее области уже идентифицированной цели. В силу близости электромагнитных волн ИК-диапазона к диапазону длин волн, видимого человеком света энергию излуче¬ ния электромагнитного поля можно выра¬ жать в двух системах единиц: энергетиче¬ ской и светотехнической. Нагретый кусок металла дает электромагнитное излучение, которое характеризуется и энергетической (тепло), и светотехнической (яркостной) ха¬
рактеристикой. Тем не менее, в ИК-области спектра используется энергетическая сис¬ тема единиц, в видимом диапазоне - свето¬ техническая. Для большинства элементов ландшаф¬ та излучательная способность изменяется в пределах 0,8...0,98, особенно близки к аб¬ солютно черному телу некоторые почвы, растения и животные. В радиотеплолокации особое внима¬ ние обращают на Ят - длину волны в мак¬ симуме функции излучения (по физическо¬ му смыслу Ат - эффективная, «резонанс¬ ная» длина волны ансамбля осцилляторов в полости Планка по всему диапазону волн). Сравнение механизмов излучения (точнее, моделей) черных тел в оптике и ра¬ диодиапазоне позволяет рассмотреть вопрос о возможности оценки некоординатных ха¬ рактеристик цели оптикоэлектронными сис¬ темами. Очевидно, что термодинамическое равновесие в значительной степени нивели¬ рует различия в фиксируемых параметрах теплового излучения на оптическом изо¬ бражении. Форма и размеры объекта оцени¬ ваются оптикоэлектронной системой только за счет присущей таким системам высокой разрешающей способности. Физика таких ограничений на возможности оценки неко¬ ординатных характеристик состоит в том, что в оптическом диапазоне нет проникно¬ вения излучения в объект, и оптикоэлект¬ ронное устройство реагирует только на ту наружную поверхность цели, которая обра¬ щена к этому устройству. Фактически, теп¬ ловое излучение целей обеспечивает только контраст для цели на окружающем фоне, позволяющий обнаружить и выявить цель для последующей оценки ее координатных и некоординатных характеристик. Тепловое излучение в радиодиапазоне сулит большие возможности, поскольку в формировании такого излучения участвует весь объем цели, что и является механизмом отмеченной частотной, пространственной и поляризационной избирательности теплово¬ го излучения в этом диапазоне. Такая изби¬ рательность уже обеспечивает фиксацию в тепловом излучении гораздо большей ин¬ формации о цели, точнее, о ее некоординат¬ ных характеристиках. Здесь очень полез¬ ным оказывается привлечение идей так на¬ зываемой матрицы потерь, свойства и при¬ меры которой рассмотрены в [484]. В основе матрицы потерь лежит теорема взаимности, в соответствии с которой поляризационные свойства радиотеплового излучения опре¬ делятся закономерностями поглощения по¬ ляризованной вспомогательной волны и ее отражения. В пределах самой цели тепловое излу¬ чение, создаваемое хаотическим движением электронов, ненаправленное и неполяризо- ванное. Когда также электромагнитное ко¬ лебание проходит через границу среды, в которой оно возникает, равные его состав¬ ляющие ослабляются по-разному. Коэффи¬ циент отражений, который определяет долю мощности, «задержанную» внутри тела, за¬ висит от направления и вида поляризации. Вследствие этого интенсивность колебаний и их поляризация зависят от направления. Излучение становится направленным и час¬ тично поляризованным. В реальных телах (целях) радиотепло- вое излучение, возникающее внутри тела, частично отражается его поверхностью и не полностью достигает точки приема. В ре¬ зультате принимаемый сигнал ослабляется и кажущаяся (яркостная, или радиояркост- ная) температура тела уменьшается по сравнению с действительной (термодина¬ мической) температурой. Излучательная способность тел зави¬ сит от вида поляризации, на которой произ¬ водится формирование оптического (тепло¬ вого) портрета цели. В соответствии с об¬ щей теорией, искомая радиояркостная тем¬ пература может быть найдена посредством вычисления потерь вспомогательной пло¬ ской волны, если измерения проводятся достаточно далеко от излучателя с той или иной поляризацией внутри излучателя. Итак, характеристики теплового излучения цели зависят от потерь вспомогательной плоской электромагнитной волны, падаю¬ щей на поверхность среды в направлении. шмш 366
противоположном тому, для которого опре¬ деляются излучательные свойства среды. Для взаимодействия вспомогательной волны и цели действуют прямая и обратная теоремы единственности электродинамики, а потому в потерях такой волны фиксиру¬ ются особенности физических характери¬ стик цели, причем вполне можно создать такие условия наблюдения цели (с разных, точнее - со всех) ракурсов, которые проявят действие этих теорем. По этой причине можно считать, что радиотепловое излуче¬ ние информативно в отношении некоорди¬ натных характеристик цели. Теперь перейдем к энергетическим ха¬ рактеристикам радиотеплового излучения, используемых больше всего в оптикоэлект¬ ронных системах самонаведения (табл. 4.2). Таблица 4.2 Основные обозначения и определения энергетических величин Обозна¬ чение Наименование Определение Единица измерения и Энергия излучения Энергия, переносимая электромагнитным излучением Дж S Плотность энергии из¬ лучения Энергия излучения на единицу объема Дж/см3 Р Лучистый поток Скорость передачи энергии излучения Вт W Плотность излучения Мощность лучистого потока, излучаемого с единицы площади источника Вт/см2 Q Плотность излучения фотонов Число фотонов, излучаемых в секунду с единицы площади фотон/с-см2 J Сила излучения Лучистый поток в единичном телесном угле Вт/стер G Коэффициент направ¬ ленности излучения Отношение телесного угла, охватывающего всю сферу излучения, к телесному углу из¬ лучения данного источника. безразмерная величина N Лучистость (яркость) Лучистый поток в единичном телесном угле с единицы площади Вт/стер-см2 N, Спектральная яркость Плотность яркости, соотнесенная с длиной волны излучения Вт/стер-см2*мкм Т Яркостная температура Термодинамическая температура абсолютно черного тела, при которой яркость излучения абсолютно черного тела равна наблюдаемой яркости собственного излучения тела °К Тя Спектральная яркостная температура Яркостная температура на фиксированной длине волны °К Н Облученность (осве¬ щенность) Лучистый поток, падающий на единицу площади Вт/см2 £ Коэффициент излучения (излучательная способ¬ ность) Отношение плотности излучения источника к плотности излучения абсолютно черного тела при той же температуре безразмерная величина а Коэффициент поглоще¬ ния (поглощательная способность) Отношение поглощенного лучистого потока к падающему лучистому потоку безразмерная величина Р Коэффициент отражения Отношение отраженного лучистого потока к падающему лучистому потоку безразмерная величина т Коэффициент пропуска¬ ния Отношение пропущенного лучистого потока к падающему лучистому потоку безразмерная величина
Основные ситуации для наблюде¬ ния тепловизионного изображения укла¬ дываются в четыре уровня предсказуе¬ мости [589]: 1. Известны абсолютные уровни ин¬ тенсивности элементов изображения. 2. Известны абсолютные разности ин¬ тенсивностей элементов. 3. Известны относительные интенсив¬ ности элементов (например, один элемент ярче другого). 4. Известно наличие областей с раз¬ личными интенсивностями, но не известны относительные интенсивности (например, возможны теневое изображение объекта и его изображение в отраженном свете. С помощью этих характеристик излу¬ чения можно следующим образом описать очень важный для радиотеплолокации закон Ламберта. Для совокупности некоррелиро¬ ванных точечных излучателей, непрерывно и равномерно распределенных на поверхно¬ сти, выполняется закон Ламберта - сила излучения поверхности прямо пропорцио¬ нальна косинусу угла излучения: J = J0 cos р , (4.2) где J0 - сила излучения в направлении, перпендикулярном плоскости; р - угол между рассматриваемым направлением и перпендикуляром к плоскости. Чаще всего используется следующая полная формулировка этого закона: отра¬ женный в данном направлении поток, отне¬ сенный к единице телесного угла, пропор¬ ционален косинусу угла между рассматри¬ ваемым направлением и нормалью к по¬ верхности. В соответствии с (4.2) диаграм¬ ма излучения нагретой плоскости - сфера, касающаяся плоскости излучения. Закон Ламберта строго справедлив только для идеально рассеивающих или идеально поглощающих поверхностей. По¬ верхность, подчиняющаяся закону Ламбер¬ та, называется полностью диффузной. Ана¬ логично можно говорить о полностью диф¬ фузном источнике. Лучистость (яркость) N диффузного источника одинакова по всем направлениям. Далее, в соответствии с законом со¬ хранения энергии для любого тела можно записать (для данной длины волны Я или интегрально для всего поддиапазона) сле¬ дующее соотношение для коэффициентов поглощения, отражения и пропускания: ал+Рл+П = 1> (4.3) Если т = 1 (а = 0, р = 0) , то говорят об идеально прозрачном теле. Если р -1 {а- 0, г = 0), то, говорят об идеально зеркальном теле. Если а -1 (р ~ 0, т = 0) , то говорят об идеально поглощающим теле. Если идеально поглощающее тело по¬ глощает излучение всего радиотеплового диапазона волн, то такое тело, как здесь от¬ мечалось называется черным (абсолютно черным). Итак, тело, поглощающее все па¬ дающее на него любое электромагнитное излучение, называется абсолютно черным. Идеально прозрачных, зеркальных и черных тел нет, но могут быть тела, близкие к ним. Именно для идеальных тел в физике теоретически найдены законы, характери¬ зующие основные радиотепловые явления и процессы, прежде всего, в ИК-диапазоне, а затем уже проведены уточнения свойств для полупрозрачных, частично отражающих и серых тел. Тем не менее, в ИК-системе са¬ монаведения желательно применять мате¬ риалы и поверхности, приближающиеся к идеальным. Тело, излучающее неселективно, т.е. имеющее распределение энергии в спектре по Планку (но излучающее меньше, чем аб¬ солютно черное тело), называется серым из¬ лучателем. В противном случае тело назы¬ вается селективным излучателем. У селек¬ тивных излучателей коэффициент излуче¬ ния меняется с длиной волны. Соотношение (4.3) говорит, что сенсор радиотепловой системы самонаведения должен иметь защитную оболочку (обтека¬ тель) от набегающего воздушного потока (и теплового удара) и в то же время достаточ¬ но прозрачную для данной области длин волн используемого системой самонаведе¬ а * 368 К
ния радиотеплового диапазона. Кроме того, в конструкции сенсора такой системы само¬ наведения могут использоваться материалы и поверхности, хорошо отражающие излу¬ чение (для зеркальных и зеркально-линзо¬ вых антенн) и, наконец, должны быть мате¬ риалы и поверхности, поглощающие па¬ дающее на них излучение и преобразующие его в электрический сигнал. Закон Кирхгофа - отношение излуча- тельной способности и спектрального ко¬ эффициента поглощения (поглощательной способности) тела не зависит от его приро¬ ды, а является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией частоты и тем¬ пературы. Из закона Кирхгофа следует, что при заданной температуре коэффициент излу¬ чения тела равен его коэффициенту погло¬ щения: £ = а . Для непрозрачных сред (т = 0 ): а = € = \-р. Измерить коэффициент отражения часто бывает легче, чем коэффициент излу¬ чения, поэтому полученное выражение ис¬ пользуют для вычисления £ по измеренной величине р. Коэффициент излучения зависит от направления измерения, и соответственно можно ввести понятие о коэффициенте из¬ лучения ее в направлении в. Если угол в между направлениями измерения и норма¬ лью к поверхности равен нулю, коэффици¬ ент излучения £п = £0=о называют нормаль¬ ным. Каждый тип коэффициента излучения может быть как полным (рассеянным во всем диапазоне длин волн), так и спек¬ тральным. Большинство ИК-систем самона¬ ведения работает в небольших телесных уг¬ лах, различия между ее и £п обычно неве¬ лики и ими можно пренебречь. Например, для ламбертовских поверхностей эти коэф¬ фициенты можно считать не зависящими от угла наблюдения. Наиболее велики эти раз¬ личия у полированных металлов (20%), для диэлектриков - 10%. Температура, характеризующая пол¬ ную плотность излучения и в законе Стефа¬ на-Больцмана, называется радиационной. В оптической пирометрии используется поня¬ тие «яркостная температура», которая, как и в случае абсолютно черного тела, характе¬ ризует спектральную плотность энергетиче¬ ской яркости тела нагретого до некоторой температуры и имеющего сплошной спектр. Яркостная температура тела равна такой температуре Т черного тела, излучающего столько же энергии, сколько наблюдаемый сейчас (серый) объект. Поскольку плот¬ ность излучения реальных тел всегда мень¬ ше плотности излучения абсолютно черного тела, то яркостная температура всегда меньше. Отношение соответствующих тем¬ ператур удачно называют также коэффици¬ ентом черноты. Она зависит от вида мате¬ риала, обработки его поверхности и может изменяться с изменением длины волны температуры. Если рассматривается тепло¬ вое излучение в радиодиапазоне, то соот¬ ветственно заявляют о радиояркостной температуре. Иногда радиояркостная тем¬ пература материального тела определяется как мера интенсивности его энергетическо¬ го потока в заданном направлении в про¬ странстве. При расчетах яркостной температуры в миллиметровом и ИК-диапазонах обычно используют различные приближения. Для сравнительного анализа возможностей мил¬ лиметрового и ИК-тепловидения целесооб¬ разно в обоих диапазонах использовать об¬ щее соотношение, связывающее коэффици¬ ент излучения с яркостной температурой среды. Здесь эталоном выступает характер излучения абсолютно черного тела, други¬ ми словами, все объекты фоноцелевой об¬ становки полагаются абсолютно черными телами, но со своими яркостными темпера¬ турами. В радиотеплолокации говорят, что фоноцелевая обстановка состоит из серых объектов (тел). Допустим, излучающее тело имеет термодинамическую температуру Т. Тогда его спектральная (монохроматическая) яр¬ костная температура Тя на длине волны 369 |
Л определяется как термодинамическая температура абсолютно черного тела, при которой яркость излучения абсолютно чер¬ ного тела на той же длине волны равна на¬ блюдаемой яркости собственного излучения тела. В радиодиапазоне, где действует закон Рэлея-Джинса, яркостная температура сов¬ падает с шумовой. Итак, в информационном смысле ра- диотепловое поле, которое используется соответствующими системами самонаве¬ дения, можно характеризовать следую¬ щими количественными характеристи¬ ками. Ш Радиотепловая температура (характе¬ ризует излучательную способность объекта наблюдения фоноцелевой об¬ становки). ■ Радиотепловой контраст. ■ Спектральные характеристики радио¬ теплового излучения. ■ Поляризационные характеристики ра¬ диотеплового излучения. Измерения в ИК радиолокационных каналах оптикоэлектронных систем осуще¬ ствляют оценку характеристик излучения цели и подстилающей поверхности, которое характеризуется комбинацией собственного излучения и отражения части падающего на эти объекты излучения. Понимание этого обстоятельства чрезвычайно важно при изучении энергии, доставляемой на вход оптикоэлектронной системы. Например, ИК-излучение поверхности океана форми¬ руется собственным излучением припо¬ верхностного молекулярного слоя воды, а также отражением части падающей на по¬ верхность электромагнитной энергии от ат¬ мосферных источников, таких как облака, водяной пар, углекислый газ и аэрозоль. Для каждого объекта соотношение вклада собственного и рассеянного излуче¬ ний различное. Например, в случае таких объектов, как автомобили и самолеты, имеющие металлические кузова и фюзеля¬ жи, их контрасты обусловлены преимуще¬ ственно рассеянным излучением, а в случае земных покровов, дорог, зданий и т.п. - собственным излучением. В миллиметро¬ вом диапазоне волн подсвечивающее и соб¬ ственное излучение объектов и покровов, как правило, зависят от угла падения и мо¬ гут быть как поляризованными, так и непо- ляризованными. Например, излучение ат¬ мосферы не поляризовано, а подсвечи¬ вающее излучение земной поверхности и других неметаллических объектов - поля¬ ризовано. Энергетический расчет радиолокационного канала оптикоэлектронной системы Сила излучения J источника, удален¬ ного на расстояние R и излучающего в пре¬ делах телесного угла со стерадиан, запишет¬ ся в виде: Если бы источник излучения был то¬ чечный, то телесный угол, охватывающий все пространство вокруг источника, равен 4п (иногда рассматривают поток излуче¬ ния, испускаемый элементом поверхности по одну сторону от себя, то есть в полусфе¬ ру, что сказывается в соответствующих ко¬ эффициентах). Поэтому для источника, рав¬ номерно излучающего во всех направлени¬ ях, сила излучения (4.5) Подставив (4.5) в (4.4), получим силу излучения в точке приема: Величину G = AkI(o, равный отно¬ шению телесного угла, охватывающего всю сферу излучения, к телесному углу излуче¬ ния данного источника, следует рассматри¬ вать как коэффициент направленного дей¬ ствия излучателя (антенны). Эта характери¬ стика может быть определена и для излу¬ чающей нагретой цели. В этом случае она оценивается по диаграмме излучения цели - зависимости излучения цели от направле¬ ния. Как видно из (4.6), интенсивность из¬ лучения - энергетическая светимость - в
точке приема прямо пропорциональна силе излучения и обратно пропорциональна квадрату расстояния. Если область длин волн радиотепло- вого излучения цели оказывается в про¬ зрачных областях спектра поглощения (ат¬ мосферы Земли), то они могут пройти зна¬ чительное расстояние (с коэффициентом ослабления, обратно пропорциональным квадрату дальности до объекта) и быть при¬ няты радиотепловым приемником. Как видно из (4.6), мощность сигнала, вызванного радиотепловым излучением, после приемной антенны (на входе прием¬ ника ИК-излучения) определяется точно та¬ кими же характеристиками и имеет зависи¬ мость такую же, как и для «обычного» ра¬ диоканала. Качественной характеристикой каж¬ дой из указанных величин Р, J, N, Н, W яв¬ ляется спектральная плотность, определяе¬ мая как отношение энергетической величи¬ ны (потока, силы излучения, яркости), взя¬ той в бесконечно малом спектральном ин¬ тервале длин волн к ширине этого интервала. Так, например, спектральная плотность лучистого потока Ря = дР/дЛ имеет единицу измерения Вт*мкм"1. Воспользуемся при оценке радиолока¬ ционного канала оптикоэлектронной систе¬ мы возможностями такой характеристики, как спектральная яркость Соотношение для спектральной яркости следует из фор¬ мулы Планка (здесь скорость света нужно подставлять в м/с): В видимом и ближнем ИК-диапазонах (А = 0,4... 1,5 мкм) основным источником помех оптикоэлектронным системам явля¬ ется прямое и отраженное излучение Солн¬ ца. Типовыми составляющими рассматри¬ ваемых засветок, характерными для прием¬ ных оптических модулей, работающих у поверхности Земли, являются: прямое излу¬ чение Солнца: Nk~ 107, излучение освещен¬ ным светом облаков -3 102, отраженное диффузными поверхностями солнечное из¬ лучение -1,3* 102, излучение яркой Луны -30, фоновое излучение ясного неба -10, излучение от вспышек молний -108... 109. Если в миллиметровом диапазоне волн яркостные контрасты различных тел обусловлены, главным образом, разностью их коэффициентов излучения, то в ИК- диапазоне волн, за исключением металлов, - их термодинамическими контрастами. Сле¬ довательно, системы тепловидения милли¬ метрового диапазона волн имеют дополни¬ тельное существенное преимущество перед системами ИК-диапазона в условиях отсут¬ ствия термодинамических контрастов меж¬ ду излучающими объектами и фоном, а также между структурными элементами объекта. Отсюда также следует, что совме¬ щение (комплексирование) систем теплови¬ дения миллиметрового и ИК-диапазонов волн в структуре систем самонаведения по¬ зволяет получить новое качество, базирую¬ щееся на преимуществах каждого из этих диапазонов: высокой проникающей способ¬ ности и сильной зависимости яркостной температуры от коэффициента излучения сред в миллиметровом диапазоне и сильной зависимости яркостной температуры от термодинамической температуры сред в ИК-диапазоне при потенциально более вы¬ соком угловом разрешении. Комплексиро¬ вание позволяет, с одной стороны, «видеть» объекты сквозь туманы, дым, пыль, брезент и т.д. даже при «нулевых» термодинамиче¬ ских контрастах, с другой стороны, при всех других условиях дополнительно выде¬ лять «теплые» объекты с высоким угловым разрешением. При создании оптикоэлектронных систем самонаведения, как правило, учиты¬ вается то обстоятельство, что в качестве элементов радиотеплолокационного канала можно использовать антенную систему, а также некоторые узлы приемного тракта ак¬ тивного радиолокационного канала без из¬ менения режимов ее работы. Введение ра- диотеплового канала позволит повысить надежность и эффективность работы систе¬ мы самонаведения.
Радиотепловая температура на входе антенны оптикоэлектронной системы ТА оп¬ ределяется следующим выражением: ТА=(уТ + рГя)е“(Г1+Гг+Гз), (4.8) где у - коэффициент поглощения; Т - аб¬ солютная температура поверхности; р - коэффициент отражения; Тп - радиоярко- стная температура подсвечивающего тела; Г] - коэффициент затухания электромаг¬ нитного излучения за счет молекулярного поглощения в газах; Г2 - коэффициент зату¬ хания электромагнитного излучения за счет поглощения в гидрометеорах; Г\ - коэффи¬ циент затухания электромагнитного излу¬ чения электромагнитного излучения за счет поглощения в облаках. В целом провести в полете ракеты расчет радиотепловой температуры на вхо¬ де антенны практически невозможен из-за отсутствия надежных текущих сведений об абсолютной температуре и влажности в тракте, а также радиояркостной температу¬ ре подсвечивающих объектов и данных о состоянии атмосферы. Таким образом, основным способом получения информации о радиотепловой температуре выступает только эксперимен¬ тальный, тем более, что результаты много¬ численных исследований показали, что ра- диотепловые температуры обладают суще¬ ственной изменчивостью. Такие устойчивые информативные признаки, как спектральные характеристики радиотеплового излучения, обусловлены различиями в спектрах излучения покровов земной поверхности и корреляционных свя¬ зях вариаций принимаемых сигналов в раз¬ личных диапазонах длин волн. В этой связи можно выделить покровы, имеющие пло¬ ский спектр излучения (взлетно-посадочные полосы, пустыни, лес и т.п.), покровы с мо¬ нотонными спектрами (водоемы, солонча¬ ки, увлажненные и засоленные почвогрунты и т.п.), покровы с экстремальными спектра¬ ми (торф, лесные и торфяные пожары и т.п.). В качестве информативных пара¬ метров при использовании поляризацион¬ ных характеристик можно выбрать: ■ Радиотепловые температуры на верти¬ кальной и горизонтальной поляриза¬ циях. ■ Коэффициент деполяризации. ■ Радиотепловой контраст покровов на ортогональных поляризациях. Экспериментальные исследования позволили выделить: ■ Покровы с сильно поляризованным радиотепловым излучением (гладкая водная поверхность). ■ Покровы с умеренным поляризован¬ ным излучением (заснеженные поля, песчаные пустыни, торфяники). ■ Покровы со слабо поляризованным излучением (лес, поля). Анализ экспериментальных данных однако показал, что даже в пределах про¬ странственно однородных участков спек¬ тральные и поляризационные признаки ха¬ рактеризуются существенной изменчиво¬ стью, вследствие чего их целесообразно ис¬ пользовать только в качестве дополнитель¬ ных информативных признаков. По данным экспериментальных иссле¬ дований радиус корреляции радиотеплового поля получается на порядок меньше радиу¬ са корреляции рельефа земной поверхности и лежит в диапазоне 200...400 м, т.е. радио- тепловое поле является мелкоструктурным полем. Однако отношение сигнал/шум ра¬ диотеплового поля невысокое (на пределе, в районе единицы), поэтому использование радиотеплового поля в корреляционно¬ экстремальных системах целесообразно также только в качестве дополнительного геофизического поля. Факторы влияющие на радиоконтраст: условия распростране¬ ния, отражающие свойства объекта (физи¬ ческого тела), углы места (наблюдения), а также высота подъема антенны радиомет¬ рического устройства. Результаты расчеты возможного при¬ роста кажущейся температуры объекта на земной поверхности показаны на рис. 4.17. В качестве исходных данных взяты: диа¬ 372 |
Рисунок 4.17 Графики зависимости ДГЭф от ^набл пазоны волн 3 см, 8 мм, 3 мм и 1 мм; интер¬ вал изменения угла визирования 10...70°: абсолютная температура воздуха для летних условий составляла 300 К; коэффициент рассеяния 0,38 соответствовал поверхности с травянистым покровом. С увеличением угла наблюдения и с укорочением длины волны прирост кажущейся температуры увеличивается и может меняться до десят¬ ков градусов. Наибольшее изменение радиоконтра¬ ста имеет место при углах наблюдения 40-70°. Для вертикальной и горизонтальной поляризаций с ростом угла наблюдения ра¬ диоконтраст уменьшается до 70°. Уровень радиоконтраста объекта при ^абл = 80° со¬ ставляет 100-150°. При этом необходимо отметить, что за счет локальных изменений в атмосфере температуры, влажности, дав¬ ления полученные выше значения уровней радиоконтрастов объектов будут ниже. Во¬ ла, границы раздела отдельных покровов и искусственных сооружений (из различных материалов) могут иметь соизмеримые с объектами радиоконтрасты и могут быть приняты за «ложные» цели. Радиоконтрасты отдельных «ложных» объектов на длине волны 3 мм приведены в табл. 4.2. В приведенных ниже еще трех таблицах представлены наиболее характер¬ ные значения радиоконтрастов типовых на¬ земных объектов, антенных температур подстилающей поверхности при различных поляризациях и относительного снижения радиоконтраста металлического объекта маскирующими средствами. В таблице приведены средние значе¬ ния радиоконтрастов наземных объектов, а в следующей таблице даны усредненные за день наблюдений значения радиоконтрастов (солнечная погода, сухо, температура воз¬ духа 19 °С, абсолютная влажность воздуха 6,7 г/м3, величина полного вертикального поглощения, на длине волны 2 мм в преде¬ лах 1,72...2,42 дБ и на волне 3 мм - в пре¬ делах 0,78... 0,81 дБ). Средняя за период измерений (3 неде¬ ли) величина радиоконтраста автомашины на удалении 380 м при #>набл = -28° на волне 3,4 мм была в пределах -22,5°. СКО радио¬ контраста, равное 2,7°, обуславливалось из¬ менением поглощения 0,4...0,5 дБ, измене¬ ниями метеоусловий (дымка, облачность) и абсолютной влажности от 2,6 до 4,7 г/м3.
Таблица 4.2 Радиоконтрасты «ложных» объектов «Ложные» объекты Дальность до объекта, м ф наблэ ГрЗД АГэф,К Металлический лист, 2x2 м2 350 -29 -11,4 Ручей 400 -33 -4,2 Граница раздела: - пашня - сухой луг 450 +0,5 +2,8 - тень и светлый участок по сухому лугу 380 -28 +3 - обрыв - сухой луг 600 0 +9,8 Таблица 4.3 Характерные значения радиоконтрастов типовых наземных объектов Объекты Радиоконтрасты, К Бронированная машина Тягач, АТС Трактор (гусеничный) Таблица 4.4 Относительное снижение радиоконтраста металлического объекта маскирующими средствами Маскировочные средства Отношение температур замаскированного объекта к незамаскированному, % Дымовая завеса (объект скрыт) 99 Костер рядом с объектом 98 Полиэтиленовая пленка 100 Брезент сухой 56 Брезент мокрый 37 Маскировочная сеть сухая 97 Маскировочная сеть мокрая 65 Веточное покрытие 45 В литературе приводятся также сведе¬ ния о радиоконтрасте бронированной ма¬ шины при наличии различных маскирую¬ щих факторов. Результаты относительного снижения радиоконтраста металлического объекта маскирующими средствами приве¬ дены в табл. 4.4. Между объектами и фоном существу¬ ет температурный контраст, лежащий в пределах 2... 12°. На основе полученных эксперимен¬ тальных данных по средним значениям ра- диояркостных температур и различимости объектов сделаны следующие выводы о ра- диотепловых характеристиках объектов: ■ Радиоизлучение объекта изотропно в пространстве. ■ Мощность излучения объекта пропор¬ циональна площади объекта S0 и ра- диояркостной температуре Тя. ■ Излучающий фон заменяется плоско¬ стью с радиояркостной температурой фона 7ф. ■ Пространство между объектом и ра¬ диометром имеет постоянный коэф¬ фициент поглощения (у = const). В литературе приводятся также ряд более конкретных и частных результатов теоретических и экспериментальных ис¬ следований.
1. При малых углах визирования кон¬ трасты наземных объектов на расстояниях до 1 км на длинах волн 1,3 мм и 3,15 мм, при различном состоянии подстилающей поверхности, имеют значения от единиц до десятков градусов, и на вертикальной и го¬ ризонтальной поляризациях у них одинако¬ вый порядок. 2. Наблюдаются различия в характере распределения уровней радиоконтрастов наземных объектов на различных длинах волн. Полученные распределения радио¬ контраста объекта в 2 мм и 3 мм диапазонах показывают, что максимальные значения радиоконтрастов не превышает 80-90 К (рис. 4.18), при чем абсолютные значения радиоконтраста объекта на длине волны 3 мм существенно (в 1,5-2 раза) превышают значения, полученные на волне 1.3 мм. 3. Металлические объекты при на¬ блюдении их под углами наблюдения ^набл = 25...30° характеризуются устойчи¬ вым отрицательным радиоконтрастом, при¬ мерно в 1,5 раза большим, чем при наблю¬ дении этих же объектов при малых углах наблюдения этих же объектов при малых углах наблюдения #>набл = 0... 1,5°. 4. При движении объекта со скоро¬ стью 15 км/ч сигнал уменьшается примерно на 25%, а при скорости 25 км/ч - в 2 раза по сравнению с сигналом от неподвижного объекта. 5. Применение маскировочных сред¬ ств и многослойных дымах военно¬ химической смеси завес несколько ослаб¬ ляет радиоконтраст объекта. Нанесение незначительных по толщине покрытий на поверхность металла (например, окраши¬ вание) может вызывать заметное возрас¬ тание яркостной температуры, не пропор¬ циональное изменению коэффициента из¬ лучения. Все указанные соображения могут учитываться в пассивной и активной ИК- Рисунок 4.18 Графики распределения радиоконтраста объекта на длине волны 3 мм для различного времени года
радиолокации, в пассивном и активном (по¬ лу активном) ИК-самонаведении. Таким образом, радиотеплолокацион- ная система самонаведения должна реали¬ зовать следующие функциональные преоб¬ разования, составляющие элементы скрипта оптикоэлектронной системы самонаведения: ■ Принимать тепловое - ИК-излучение цели, т.е. иметь приемную антенную систему; ■ Подвергнуть принимаемое ИК-излуче¬ ние модуляции; ■ Преобразовать излучение в электриче¬ ский сигнал (принять это излучение); ■ Обработать электрический сигнал с целью извлечения информации об уг¬ ловом положении цели. Приемная антенна ИК-диапазона (по¬ скольку он прилегает к оптическому диапа¬ зону) реализуется в виде зеркальной, линзо¬ вой или зеркально-линзовой антенн. В естественных условиях излучатель- ные свойства далеко не всех покровов пол¬ ностью определяются их показателем пре¬ ломления (точнее, поглощения). Главным образом это относится к снежному покрову, излучательные свойства которого в сущест¬ венной мере определяются его состоянием. В тающем снеге доминируют эффекты по¬ глощения и при плоской поверхности раз¬ дела его коэффициенты излучения одно¬ значно определяются показателем прелом¬ ления. В сухом снежном покрове вследст¬ вие слабого поглощения в частицах льда, образующих снег, возникает объемное рас¬ сеяние, интенсивность которого особенно велика в миллиметровом диапазоне волн. Основной эффект объемного рассеяния со¬ стоит в значительном изменении коэффици¬ ента излучения снега при переходе его со¬ стояния из сухого (замороженного) в таю¬ щее, и наоборот. При этом коэффициент из¬ лучения при Л = 3 мм может изменяться в 2 раза. Кроме того, на Л =3 мм любой су¬ хой зернистый снег при толщине слоя больше 0,1 м имеет практически самую низкую яркостную температуру из всех земных покровов и для него характерна ши¬ рокая индикатриса рассеяния и слабо выра¬ женные поляризационные излучательные свойства. Все перечисленные особенности излу¬ чения сухого снега способствуют тому, что тепловые портреты объектов на фоне снега являются в миллиметровом диапазоне наи¬ более четкими и контрастными. Растительный покров, как и снег, яв¬ ляется объемно-неоднородной средой. Од¬ нако эффект объемного рассеяния проявля¬ ется только в сантиметровом и более длин¬ новолновых диапазонах. Это обусловлено, главным образом, тем, что показатель по¬ глощения растительных элементов в корот¬ коволновой части миллиметрового диапа¬ зона достаточно высок. Таким образом, при распространении и излучении миллиметро¬ вых волн в растительном покрове домини¬ руют эффекты поглощения. Именно густой растительный покров в миллиметровом диапазоне имеет самый высокий коэффици¬ ент излучения, и по своим излучательным свойствам он близок к абсолютно черному телу. Основными факторами, изменяющими излучательные свойства всех других покро¬ вов, являются крупномасштабные (в срав¬ нении с длиной волны) неровности их по¬ верхности и объемная влажность ту. Влия¬ ние крупномасштабных неровностей прояв¬ ляется через частичное ослабление поляри¬ зационных свойств покровов и расширение их диаграмм рассеяния, а увеличение объ¬ емной влажности почв и других гигроско¬ пичных материалов вызывает уменьшение коэффициентов излучения. Однако при из¬ менениях статистических характеристик крупномасштабных неровностей поверхно¬ стей и объемной влажности покровов их подсвечивающее излучение не оказывает существенного влияния на тепловые порт¬ реты объектов. Особенностью работы оптикоэлект¬ ронных систем является то, что кроме соб¬ ственных шумов, определяемых характером электрических процессов в чувствительном элементе, имеет место так называемый ра¬ диационный шум, возникающий от фона и мв 376
собственного теплового излучения ИК- визира. Для определенной полной мощности шума в полосе обнаружителя необходимо просуммировать мощности всех шумовых составляющих. Для различных типов ра- диотеплолокационных модулей может пре¬ обладать тот или иной вид шума. Так, у фо¬ торезисторов преобладают радиационные и токовые шумы (токовые шумы иногда на¬ зывают избыточными). Принимаемое фоно¬ вое излучение (атмосферы) обычно не «проходит» в радиотеплолокационный ка¬ нал, так как это фоновое излучение равно¬ мерно по всей площади, а потому соответ¬ ствующей обработкой может быть скомпен¬ сировано. Наличие цели приводит к появле¬ нию сигнала на выходе чувствительного элемента, амплитуда которого пропорцио¬ нальна мощности принимаемого ИК-излу- чения. Собственные шумы приемника по¬ падают в полосу пропускания резонансного колебательного контура и формируют по¬ стоянную составляющую. Уже отмечалось, что существенную дополнительную информацию о некоорди¬ натных свойствах цели призвана обеспечить оценка поляризационного состояния тепло¬ вого излучения для этой цели, особенно в радиодиапазоне. Сюда следует отнести ра- диояркостные температуры, соответствую¬ щие измерениям на какой-то линейной по¬ ляризации, например, горизонтальной Тт, ортогональной ей (вертикальной) Гв, на поляризации, получаемой при повороте приемной антенны теплового излучения около её электрической оси на 45° - Т45„, ортогональной этой повернутой уже на 135° - Т135о на правой круговой поляризации Тп и левой круговой Тл. Полученные выше соотношения по¬ зволяют установить связь между радиояр- костной температурой и параметрами Сто¬ кса (с точностью до общего множителя) [484]: Соответственно полная излученная мощность, выраженная через радиояркост- ную температуру равна: Существуют процедуры оценки век¬ тора Стокса, где в качестве опорных изме¬ рений достаточно проводить только три из¬ мерения на линейных поляризациях и одно - на круговой [484]. КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СЕНСОРНЫХ УСТРОЙСТВ В СИСТЕМАХ САМОНАВЕДЕНИЯ Требования к современным РУК и системам самонаведения выражают¬ ся, во-первых, в их интеллектуализа¬ ции, и, во-вторых, в способности ус¬ пешно функционировать в любое вре¬ мя суток в любых погодных условиях. Практика применения интеллек¬ туальных систем самонаведения пока¬ зала, что в условиях сложной фоноце¬ левой обстановки на современном этапе они должны как минимум ре¬ шать следующие задачи: обнаруже¬ ние целей, их разрешение, оценива¬ ние координат и параметров движе¬ ния, распознавание типов целей, фор¬ мирование команд управления на ис¬ 377 И
полнительные механизмы ракеты, участие в оперативном контроле про¬ цесса и результатов прошлых и теку¬ щих ракетных ударов. Функциониро¬ вание интеллектуальных систем са¬ монаведения значительно затрудняет¬ ся в условиях воздействия помех раз¬ личного типа и интенсивности. Постоянное усложнение фоноцелевой обстановки вызывает необходимость поиска новых и совершенствования известных технических решений для оптимального решения задачи само¬ наведения [63]. Вариантом решения данной про¬ блемы, как уже не раз здесь отмеча¬ лось, является комплексирование (комбинирование) сенсорных моду¬ лей различной физической природы в структуре РУК и систем самонаведе¬ ния, работающих в едином информа- ционно-управляющем процессе [146, 147, 165]. Причем, во многих задачах, обеспечивающих реализацию функ¬ ции избирательного поражения, воз¬ никает необходимость в одновремен¬ ном on-line автоматическом измере¬ нии координатных и некоординатных характеристик наблюдаемых объек¬ тов с помощью различных устройств, в том числе действующих на различ¬ ных физических принципах, а при ис¬ пользовании группового ВТО - еще и разнесенного по пространству. При самонаведении, осуществ¬ ляющем реализацию метода пропор¬ циональной навигации, необходимо с помощью координатора измерять уг¬ ловые координаты цели и скорости их изменения. Их можно измерить ак¬ тивной радиолокационной станцией, тепловизионным или телевизионным пеленгатором, а также по данным станции радиотехнической разведки. Каждый из измерителей работает с ошибками. Объединяя измерители в единую систему, можно в некоторых случаях получить выигрыш в точно¬ сти и надежности измерений. Такое объединение называют комбинирова¬ нием или комплексированием, а объ¬ единенную систему - комбинирован¬ ной или комплексированной. При объединении измерителей в единую систему традиционно исходят из следующих двух принципов - за¬ дающее воздействие, поступающее на каждый из измерителей, является од¬ ним и тем же (система с одинаковыми задающими воздействиями), закоди¬ рованным в параметрах различных физических полей, поступающих на входы измерители. При комплексиро- вании в случае одинаковых задающих воздействий используют компенсаци¬ онный и фильтровой способы объе¬ динения информации измерителей, действующих на различных физиче¬ ских принципах. Физические причи¬ ны и условия получения выигрыша фильтровой и компенсационной сис¬ тем одинаковы, и заключаются в вы¬ боре таких амплитудно-частотных ха¬ рактеристик фильтров, которые эф¬ фективно подавляют помеховые со¬ ставляющие в различных спектраль¬ ных диапазонах тем или иным способом, а с другой стороны - про¬ пускают составляющие задающего воздействия. В комплексном измери¬ теле второго вида, называемом также измерителем с неполной информаци¬ ей, измеряют не один, а разные, но функционально связанные параметры.
В патенте [55] предложен вари¬ ант комбинирования результатов об¬ работки информации в комбиниро¬ ванных активно-пассивных (радиоло- кационно-оптических) следящих ко¬ ординаторах систем самонаведения. Комплексированная следящая система (рис. 4.19), содержит объеди¬ ненные механически на одном осно¬ вании оптикоэлектронный пеленгатор ОЭП и радиолокационный пеленгатор РЛП, два устройства формирования координат наведения УФКН оси сле¬ жения, два блока оценки дисперсии БОД измеренного пеленга, управ¬ ляющую часть и исполнительные устройства УЧ механического по¬ ворота оси слежения пеленгаторов, блок управления БУ и коммутатор Комм. Формирование точной оценки угловой координаты реализовано в совместной работе блоках комплек- сирования БК и формирования обоб¬ щенной координаты БФОК и устрой¬ стве формирования координат наве¬ дения в соответствии с известным ал¬ горитмом взвешенного (или весового) усреднения. В блоках оценки дисперсии БОД по зависимостям определяются оценки математическо¬ го ожидания и дисперсии сглаженных Рисунок 4.19 Схема комплексированной следящей системы
величин угловой координаты /? в со¬ ответствующих каналах. Повышение точности определе¬ ния координат объекта в условиях воздействия нестационарных интен¬ сивных помех в различных диапазо¬ нах излучения достигается за счет те¬ кущего формирования оценок дис¬ персий измерений координат оптико¬ электронного и радиолокационного пеленгаторов, их сравнения и свое¬ временного переключения выхода следящей системы на тот пеленгатор, в диапазоне работы которого помеха отсутствует или оказывает меньшее влияние на точность измерения коор¬ динат. Квазиоптимальный подход к ре¬ шению задачи комплексирования бортовой системы наблюдения из раз¬ нородных датчиков в единый функ¬ ционально, структурно и конструктив¬ но взаимосвязанный измерительный комплекс заключается в раздельной оптимальной фильтрации результатов измерений координат в каждом авто¬ номном датчике с последующим ком¬ плексным объединением этих резуль¬ татов с весами, зависящими от точно¬ сти полученных раздельных оценок. Это позволяет полнее использовать имеющуюся избыточность разнород¬ ной информации, благодаря чему по¬ является возможность повысить точ¬ ность, помехоустойчивость, непре¬ рывность и надежность измерений координат, расширить круг решаемых задач и улучшить качество их выпол¬ нения. В итоге работы того или иного алгоритма фильтрации результатов оказывается известной величина по¬ грешностей оценки вектора парамет¬ ров координат оцениваемого объекта. Алгоритм автоматически вычисляет линейную взвешенную сумму оценок, полученных от разных датчиков. Чем больше погрешность раздельной оценки координат, тем с меньшим ве¬ сом она используется в результирую¬ щей оценке [55]. По аналогичному принципу мо¬ жет быть построена комплексирован- ная система, в которой применяются более двух различных информацион¬ ных датчиков (рис. 4.20) [238]. Точность работы комплексиро- ванной системы самонаведения в зна¬ чительной степени определяется ло¬ гикой выполняемой в каждом канале процедурой селекции целей в фоно¬ целевой обстановке. Программное обеспечение селекции целей и аппа¬ ратура, реализующая это программ¬ ное обеспечение, представляет собой основу решения задач автоматиче¬ ского поиска, захвата и сопровожде¬ ния целей РУК и системой самонаве¬ дения. В [3] предложен вариант обоб¬ щенного алгоритма селекции целей, включающего в себя следующие со¬ ставные части: Алгоритм морфологического анализа, который использует свойства объектов в виде набора форм; он ин¬ вариантен к изменению абсолютных значений яркости изображений, а также, частично, к изменениям мас¬ штабов и аффинным преобразовани¬ ям. Алгоритм допускает анализ и се¬ лекцию как одиночных, так и группо¬ вых объектов (целей) на сложных фо¬ нах при высоком уровне помех во
Рисунок 4.20 Схема устройства комплексирования: Д - датчик; КП - команда приоритета; ПП - признак помехи; ИНП - индикатор неинформативных параметров; ФКК - формирова¬ тель комплексной координаты; ФЛР - формирователь логики режимов всех информационных каналах (теле¬ визионном, тепловизионном и радио¬ локационном). Алгоритм гистограммного ана¬ лиза, который основан на статистиче¬ ских распределениях яркости фраг¬ ментов изображений с использовани¬ ем информации радиолокационного канала о дальности цели - для оценки геометрических признаков анализи¬ руемых объектов (их размера) с це¬ лью выделения эталона. Алгоритм логико-лингвистиче¬ ского анализа (в наибольшей мере со¬ ответствующий формализму систем «искусственного интеллекта»), кото¬ рый основан на описании объектов на смысловом (качественном) уровне - лингвистическая интерпретация пе¬ ременных - при нечетком представ¬ лении признаков объектов. При реа¬ лизации алгоритма предусмотрено использование системы экспертных оценок и формализм логических вы¬ сказываний для формирования при¬ знаков, образов, решений. Предполагается, что различные версии алгоритма, основанные на разных подходах к описанию свойств анализируемых объектов, могут рас¬ сматриваться как взаимно допол¬ няющие в общем алгоритме селек¬
ции. Выбор подходящей версии ал¬ горитма является адаптивной проце¬ дурой настройки алгоритма на изме¬ няющиеся условия работы автомата самонаведения. В большинстве современных комплексных измерительных уст¬ ройств используются два первичных измерителя, и комплексирование основывается на учете следующих их особенностей [515]. ■ Оба первичных измерителей, входящих в комплексное изме¬ рительное устройство, сущест¬ венно отличаются спектрами собственных шумов. ■ Первый измеритель обладает не¬ высокой точностью измерений, но большим диапазоном работы по измеряемой величине, а вто¬ рой имеет малый диапазон изме¬ рений, но высокую точность в этом диапазоне. В этом случае измерителей второго типа обыч¬ но используют несколько, чтобы они перекрывали своими малыми диапазонами измерений весь диапазон измерений первого из¬ мерителя. ■ Первый измеритель осуществля¬ ет непрерывные измерения по всему диапазону с невысокой точностью, а второй производит измерения дискретно либо по времени, либо по диапазону, но с высокой точностью. ■ Первый и второй измерители имеют характеристики и пара¬ метры, противоположно влияю¬ щие на качество измерений. На¬ пример, один из измерителей имеет высокую статическую точность при плохих динамиче¬ ских характеристиках, а другой - невысокую статическую точ¬ ность при хороших динамиче¬ ских характеристиках. ■ Изменение внешних условий оказывает на первый и второй первичные измерители, входя¬ щие в комплексное устройство, противоположное воздействие. Другими словами, структурные связи между первичными измерите¬ лями выбираются таким образом, чтобы положительные свойства изме¬ рителей дополняли друг друга, а от¬ рицательные компенсировались. Голографические оптикоэлектронные системы В принципе оптические техноло¬ гии позволяют сформировать еще один класс информационных систем, которые, казалось бы, вполне могут стать одним из каналов мониторинго¬ вой части системы самонаведения и РУК. Однако реализация метода голо- графической согласованной фильтра¬ ции требует в оптике технологий с применением жидкокристаллического пространственного модулятора света, а также отдельный лазер для преобра¬ зования входного изображения в изо¬ бражение в когерентном свете. Такие сугубо аналоговые фильтры не могут обеспечивать выполнение логических
операций и не способны к адаптации, хотя реализация в них операций ум¬ ножения и преобразования Фурье (а значит, и свертки функций) осущест¬ вляется быстро и достаточно просто. Преимуществом голографических технологий является также способ¬ ность к параллельной обработке боль¬ ших объемов информации, представ¬ ленных в виде двумерных изображе¬ ний. Эти преимущества в той или иной степени реализуются в технологиях радиофотоники. Вообще говоря, голо- графические технологии стремятся приспособить для прокладки курсов летательных аппаратов без характер¬ ных ориентиров, однако навряд ли они сгодятся для систем самонаведения, поскольку такая прокладка требует формирования больших массивов дан¬ ных с примерно равномерным распре¬ делением информации между элемен¬ тами массива. Дело в том, что все го¬ лографические оптические технологии крайне чувствительны к качеству ис¬ пользуемой информации. Возникает необходимость перебора по масштабу изображения, а также по угловой ори¬ ентации и ракурсу наблюдаемых объ¬ ектов. Г олографические технологии оперативно нуждаются в изображени¬ ях, размеры которых превышают те, которые обнаруживают изменения фазового фронта оптической волны, отраженной от цели. Последующая обработка полученных высокодеталь¬ ных изображений крайне затрудни¬ тельна из-за принципиально прису¬ щих голографическим технологиям нелинейным процедурам записи и ин¬ термодуляционного шума, возни¬ кающего вследствие взаимной интер¬ ференции волн от всех эталонных изображений. По этой причине, можно заяв¬ лять, об использовании оптических голографических технологий лишь на самых завершающих стадиях избира¬ тельного наведения, когда требуется обеспечить самонаведение в заданное место цели за достаточно короткое время. Но голографические техноло¬ гии при последовательной (виртуаль¬ ной) реализации требуемых гологра¬ фических процедур обеспечивают цифровые методы, хорошо зареко¬ мендовали себя в радиодиапазоне, где обеспечивается удобство выполнения таких процедур из-за приемлемых требований к аналого-цифровым пре¬ образованиям. Здесь стали фактиче¬ ски каноническими для систем само¬ наведения технологии синтезирова¬ ния антенного раскрыва, фактически превратившие радиолокационные системы в близкие к оптическим по достижимым характеристикам систем радиовидения [488]. Если считать, что в принципе го¬ лографические системы позволяют получить в реальном времени 3D изо¬ бражения окружающей обстановки, то ближайшим аналогом оптических голографических систем может счи¬ таться трехкоординатный лидар боко¬ вого обзора [468, 849], хотя такой оп¬ тический локатор ни в коей мере не действует по голографическим техно¬ логиям. Такой трехкоординатный ли¬ дар способен получать изображения с разрешением до сотых долей метра и измерений местоположения целей с сантиметровой точностью. Сущест¬
вуют предложения по самоопределе¬ нию ракеты или ракетоносца с помо¬ щью такого лидара по наземным ори¬ ентирам, представляющим лазерные транспондеры. При приеме сигнала от такого ответчика положение ракеты (ракетоносца) может быть определено с субметровой точностью. По оценкам результатов испытаний и боевого применения ракетного ВТО, оптикоэлект¬ ронные системы самонаведения которых по¬ строены по многоканальному (да еще ком- плексированному и многодиапазонному) принципу, обладают большей точностью, способны действовать при сложном радио¬ электронном противодействия (хотя бы ма¬ нипулируя и комбинируя информационные каналы) и могут быть использованы с гораздо большей эффективностью, чем другие образ¬ цы ВТО, оснащенные одноканальными опти¬ коэлектронными системами.
5 АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ ВТО Радиолокационный канал ОПТИКОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ и РУК Сейчас мы будем использовать заявленный ранее принцип функцио¬ нальной тождественности оптико¬ электронных и радиолокационных систем для того, чтобы задействовать радиолокационные понятия для опти¬ коэлектронных систем самонаведе¬ ния. Почему «от радиолокации к оп¬ тике», а не наоборот - обусловлено тем обстоятельством, что в радиоло¬ кации сложнее оценивать некоорди¬ натные характеристики цели, а пото¬ му здесь используется более изо¬ щренный понятийный каркас. Поскольку некоординатные ха¬ рактеристики целей и в радиолокаци¬ онных и в оптических системах само¬ наведения базируются чаще всего на оценке координатных характеристик, то для функций, реализуемых в этих системах и требующих информации о некоординатных характеристиках, отмеченная функциональная тождест¬ венность проявляется еще сильнее [762]. Очевидно однако, что задачи, связанные с оцениванием некоорди¬ натных параметров целей всегда тре¬ буют отличной от традиционной (ко¬ 385
ординатной) онтологии, а также соот¬ ветствующих миссии и скрипта. Тре¬ буется совсем иная организация ин¬ формационных процессов с получе¬ нием, накоплением и использованием поступающей извне информации. В инженерной практике сейчас стало активно использоваться поня¬ тие обратной разработки, когда про¬ дукцию конкурента стремятся оце¬ нить по доступным и выявленным свойствам, характеристикам конст¬ рукции и функциональных возможно¬ стей для этой продукции. Примени¬ тельно к информационным системам радиосвязи обратная разработка сво¬ дится обычно к восстановлению коде¬ ка (устройства, осуществляющего преобразование структуры сигнала в рамках процедур кодирование + де¬ кодирование) для достижения тре¬ буемого качества совершаемых про¬ цессов по передаче информации пу¬ тем анализа результатов по обмену данными. Можно считать, что процесс на¬ блюдения с выявлением некоорди¬ натных характеристик цели аналоги¬ чен обратной разработке кодека, в ка¬ честве которого выступает цель, а анализ обмена данными соответству¬ ет процедуре сопоставления зонди¬ рующих цель и рассеянных (или только излученных) ею сигналов. Эта аналогия становится все более про¬ дуктивной и глубокой, когда радио¬ локация стала применять композит¬ ные ансамбли зондирующих сигналов [312], технологии совместного ис¬ пользования несущих частот, а также в качестве зондирующих задейству¬ ются радиосигналы, излучаемые раз¬ личными источниками, в том числе и широковещательными [203]. При исследовании РУК или сис¬ тем самонаведения в состав соответ¬ ствующего информационного канала нужно кроме информационной (фи¬ зической) платформы включать, как минимум, трассу распространения, помехи и саму цель. Структура сфор¬ мированной системы в виде некоего информационного канала определяет характеристики или/и качество полу¬ чаемой информации о характеристи¬ ках объектов дистанционного наблю¬ дения. Такой подход лежит в основе этапа формирования радиолокацион¬ ной и оптикоэлектронной системо¬ техники, основными чертами которой являются: комплексный характер ре¬ шаемых задач, синкретизм представ¬ лений, деятельный объект исследова¬ ния и проектирования, обращенность ко всем этапам и фазам инженерной деятельности, учет фактора окру¬ жающей среды, использование сред¬ ств имитационного моделирования [356]. Такой информационный канал сформирован был уже достаточно давно [401] и получил название ра¬ диолокационного канала (см. также [103, 104, 118, 102, 84]). Указанный взгляд на основной предмет исследования теории радио¬ локационного (оптикоэлектронного) информационного канала был свойст¬ вен доинфокоммуникационному пе¬ риоду исследования информационных систем. А почему же все-таки при анали¬ зе системы самонаведения или РУК, а также процедур наблюдения нужно ттттшшттшт з8б
обязательно «находиться» в рамках сложной и во многом неопределенной системы - радиолокационного ин¬ формационного канала? Зачем нужно что-то (не подвластное нашему влиянию и контролю) отбирать из окружающей среды и присоединять к исследуемым РУК, системам самона¬ ведения или системам связи (точнее, к их информационным платформам), чтобы перейти к оценке характери¬ стик цели и анализу реализуемых функций специально сформированных уже «каналообразующих» систем? Конечно, основным фактором, заставляющим и РУК, и системы са¬ монаведения, и системы радиосвязи рассматривать в «обрамлении» соот¬ ветствующего информационного ка¬ нала, является неопределенность, присущая процедуре получения ин¬ формации о характеристиках целей или коммуникационной информации. Основным источником такой неопре¬ деленности выступают разнообразные помехи и шумы, а также тактика ум¬ ного противника, которому «принад¬ лежат» источники помех и цели (те¬ перь они все чаще становятся или считаются акторами), поражению ко¬ торых он обязан всячески препятст¬ вовать [52]. Как известно, в случае получения аналоговой информации качество приема оценивается отношением сиг- нал/шум+помеха на выходе приемни¬ ка. В цифровом варианте это отноше¬ ние с помощью пороговых процедур трансформируется в вероятность ошибки приема импульса или пачки импульсов. Вообще говоря, этот пока¬ затель качества является необходи¬ мым, но недостаточным условием выполнения всех процедур, связан¬ ных с получением и использованием координатных характеристик цели и других объектов фоноцелевой обста¬ новки. Если бы отмеченной неопреде¬ ленности не было, то системы само¬ наведения и РУК, опираясь только на свои ресурсы, могли бы обнаруживать любую цель и оценивать все требуе¬ мые ее характеристики в любых усло¬ виях, если только эта цель «видна». Помехи+фон+шум исключают упот¬ ребление в последней сентенции о безграничной способности «идеаль¬ ных» систем самонаведения обнару¬ живать и оценивать любые цели на любых дальностях слов «любой», а значит, любой конкретный факт на¬ блюдения фоноцелевой обстановки должен рассматриваться вкупе с со¬ ответствующими источниками сопут¬ ствующих неопределенностей, кото¬ рые и объединяются в единое целое в рамках канала. Цель для когерентных систем самонаведения и РУК создает еще и свою имманентно ей присущую до¬ полнительную помеху - шум цели, когда рассеянные различными частя¬ ми цели волны интерферируют и по суммарному принятому сигналу угло¬ вые координаты, дальность, скорость и поляризационные характеристики оцениваются с ошибками, которые иногда могут становиться бесконеч¬ ными [484, 660, 753]. Очевидно, что наблюдение с подвижных носителей должно еще учитывать такой объект как траектория и кинематика вза¬
имного перемещения РУК или системы са¬ монаведения и целей, особенно если анали¬ зируются процедуры, связанные с синте¬ зированием антенного раскрыва [488]. Именно такая философия рассмотрения процедур получения информации при ра¬ диолокационном наблюдении (учет ис¬ точников неопределенности + траектории перемещения) и формирует радиолокаци¬ онный канал. Используя терминологию инфо- коммуникационных систем, все пере¬ численные объекты информационно¬ го канала следует считать on-line- объектами - они непосредственно в процессе сеанса наблюдения участ¬ вуют в формировании и передаче нужной пользователю информации о фоноцелевой обстановке. «Последовательная» структура радиолокационного (информацион¬ ного) канала, содержащего только оп-Нпе-объекты, характерна при реа¬ лизации классических для радиоло¬ кации и оптической локации функ¬ ций, связанных с оценкой коорди¬ натных характеристик объектов фо¬ ноцелевой обстановки. Ситуация су¬ щественно меняется, когда реали¬ зация тех или иных функций требует оценки еще и некоординатных харак¬ теристик. Такая ситуация характерна, прежде всего, для распознавания. Преодоление указанной неопреде¬ ленности возможно только введени¬ ем в информационный процесс апри¬ орных сведений об образах ожидае¬ мых целей. Эти образы выступают «частично определенным» описани¬ ем связи объектов фоноцелевой об¬ становки с сигналом. Поскольку процесс преобразова¬ ния (но не формирования!) сигнала в радиолокационном тракте или опти¬ коэлектронной системе «под полным контролем», то чаще всего при уста¬ новлении описания образов для осу¬ ществления распознавания (сравнения наблюдаемых сигналов с образами - сигналами от известных целей) вме¬ сто сигналов используют рассеиваю¬ щие или излучательные характери¬ стики цели, с которыми принятый ра¬ диолокационный сигнал связан, как правило, взаимно однозначно. В результате формируются такие информационные единицы, исполь¬ зуемые при радиолокационном распо¬ знавании, как радиолокационные ха¬ рактеристики (РЛХ) объектов фоно¬ целевой обстановки. РЛХ представ¬ ляют модели радиолокационных це¬ лей, где сигнатурами выступают некоординатные характеристики це¬ лей, а в качестве отношений - сиг¬ нальные характеристики рассеянных или/и излучательных целями полей. Применительно к оптикоэлектронным системам самонаведения понятие РЛХ можно использовать, опять же в силу декларируемого принципа функ¬ циональной тождественности оптико¬ электронных и радиолокационных систем, оптическими РЛХ (или, если нужно, оптиколокационными харак¬ теристиками [482]) объектов (целей) оптического наблюдения. Следует отметить, что традици¬ онно в радиолокации как раз то, что здесь названо сигнальными характе¬ ристиками, называется сигнатурами [539, 899, 795, 872]. Сигнатуры в ра¬ диолокации - это зависимости опти¬ fir 388
ческого или радиолокационного сиг¬ нала от различных параметров, на¬ пример от времени, ракурса наблюде¬ ния, фазового угла, длины волны и т.п. Этому обстоятельству приходится тол1*ко сожалеть, поскольку, оно уже использовано в науке в ином контек¬ сте и понимании. Однако, как приня¬ то в науке, если в какой-то приклад¬ ной дисциплине встречается иное толкование какого-либо термина, чем в фундаментальных науках, то при¬ оритет всегда отдается физико- математическим дисциплинам. Мате¬ матика в своей теории моделей проч¬ но «оккупировала» понятие сигнату¬ ры, поэтому инженерам остается, в случае необходимости, лишь подчер¬ кивать указанное различие в трактов¬ ке семантики соответствующих поня¬ тий, используя производный термин радиолокационная сигнатура. Отсут¬ ствие в таком объекте, как РЛХ, неко¬ ординатных характеристик цели (хотя бы их названия) превращает радиоло¬ кационные сигнатуры в обычные диа¬ граммы рассеяния, изучаемые в элект¬ родинамике. Никакой собственно ра¬ диолокационной специфики тогда ис¬ пользуемое в радиолокации понятие РЛХ не содержит [872, 643]. В этом случае иногда употребляют такое по¬ нятие как каталог характеристик рассеяния (<отражения) и каталог рассеивающих (<отражательных, из- лучательных) характеристик целей. А вот непосредственное зафиксиро¬ ванное соответствующей математиче¬ ской структурой соотнесение диа¬ грамм рассеяния (радиолокационных или оптических сигнатур) с целями сразу же делает РЛХ объектами ра¬ диолокационных или оптикоэлект¬ ронных задач - обнаружение, поиск, распознавание, идентификация. Они позволяют в процессе функциониро¬ вания систем самонаведения варьи¬ ровать объектами (целями и ориен¬ тирами), условиями наблюдения, тактиками применения, условиями огневого и радиоэлектронного про¬ тиводействия. Варьирование, о котором сейчас говорилось, происходит на уровне моделей целей и других объектов ра¬ диолокационного канала. РЛХ, как модели целей, призваны содержать всю информацию о целях (может быть с долей оцениваемой неопреде¬ ленности), достаточную для воспро¬ изведения и обслуживания на этапе моделирования и принятия решений об объектах фоноцелевой обстановки всех интересующих пользователя си¬ туаций применения ВТО. Запишем в модельном виде пред¬ ставление для РЛХ. Будем следовать модели (1.2), где в качестве сигнатуры модели будем использовать некоорди¬ натные (атрибутивные) характеристи¬ ки объекта {art}, если понадобится, то и координатные {cdt}, а для функ¬ циональных зависимостей, участвую¬ щих при задании «сигнальных» отно¬ шений модели, будем применять сиг¬ нальные характеристики рассеянных или излучательных целью полей sct, rdt: РЛХ =< {<art, cdt}, scn rdt > . Вместо сигнальных характеристик можно также использовать любые портреты целей, а также операторы рассеяния или излучения: РЛХ = =< {arn cdt}, Scn Rdt > .
Напоминаем, что оператор рас¬ сеяния Sct (•) определяет связь между сигнальными характеристиками рас¬ сеянного поля и падающего на объект сигнала: sct = Sct{int), а оператор из¬ лучения непосредственно характери¬ зуется параметрами излученного сиг¬ нала, но чаще всего при этом еще из¬ бавляются от зависимости этого из¬ лученного поля от дальности до на¬ блюдаемого объекта (нормируют параметры излученного поля). Структура модели для РЛХ вы¬ брана таким образом, чтобы исполь¬ зовать эти РЛХ при оценке некоорди¬ натных характеристик объекта на¬ блюдения по фиксируемым в радио¬ локационном (оптикоэлектронном) канале сигнальным характеристикам (портретам). Использование РЛХ по¬ рождает два типа задач, которые можно назвать прямыми и обратны¬ ми. Прямые задачи для известного объекта наблюдения (по его извест¬ ным некоординатным и координат¬ ным характеристикам) оценивают сигнальные характеристики излучен¬ ного или рассеянного полей. Типичная ситуация, подходящая под статус прямой задачи, состоит в от¬ вете на вопрос: является ли данная цель при таких-то условиях наблюдения на¬ блюдаемой, т.е. поражаемой? Здесь РЛХ используются по такой логике: цель => сигнатура => характери¬ стики цели {координатные, т.е. усло¬ вия наблюдения, и некоординатные) => РЛХ => оператор рассеяния или излучения => портрет {например, сигнальный) => оцениваемые радиоло¬ кационной или оптикоэлектронной системой самонаведения характери¬ стики сигнала => оценка возможно¬ сти наблюдения заданной цели. В этой цепочке РЛХ осуществляют переход от известной цели и известных условий ее наблюдения к характеристикам рассеяния или излучения для этой цели. Для дости¬ жения логической завершенности в этой цепочке также следовало бы еще зафикси¬ ровать процедуру перехода от РЛХ к соот¬ ветствующему оригиналу. Обратные задачи связаны с не¬ обходимостью определения характе¬ ристик цели (некоординатных и коор¬ динатных) по сигналам, фиксируе¬ мым радиолокационным или оптико¬ электронным средством комплекса ВТО. Обратные задачи имеют прямое отношение к распознаванию и иден¬ тификации целей. Обычный путь ис¬ пользования РЛХ в обратных задачах: фиксируемые радиолокационным или оптикоэлектронным средством сигналы => сигнальный портрет цели => оценка координатных характери¬ стик цели => оператор рассеяния или излучения цели => РЛХ => сравнение измеренных РЛХ с РЛХ от известных целей (эталонов) => вынесение суж¬ дения о наблюдаемой цели (сигнату¬ ре) => вынесение суждения относи¬ тельно цели (ее некоординатных ха¬ рактеристик) и условий ее наблюде¬ ния. Здесь РЛХ осуществляют пере¬ ход от фиксируемых параметров и свойств сигналов к определению не¬ координатных характеристик (сигна¬ туры) и условий ее наблюдения.
Практически все мероприятия по обеспечению помехозащищенности связаны с созданием объектов с иска¬ женными РЛХ. В этом случае прямые задачи формируют объекты, у кото¬ рых искажены сигнальные характери¬ стики, а обратные - под заданные сигнальные характеристики форми¬ руются иные объекты, нежели те, что «прописаны» настоящими поражае¬ мыми целями и их РЛХ. В качестве объектов выступают как реальные объекты наблюдения в зоне боевых действий, так и сигналы, имитирую¬ щие сигнальные поля (портреты). Поскольку системы самонаведе¬ ния и РУК достаточно надежно фик¬ сируют координатные характеристики (особенно те из них, что не связаны с вращением цели на траектории), то при определении РЛХ их полагают полученными извне и если нужно, их уверенно восстанавливают: РЛХ = < {<ar}, Sct9 Rdt >. Кроме того, как показывает эта запись РЛХ, пренебрегают еще и вре¬ менной зависимостью для некоорди¬ натных характеристик (сигнатуры), справедливо полагая, что в процессе наблюдения цели флуктуации сиг¬ нальных характеристик гораздо выше (имеют намного меньший интервал корреляции), чем для изменений не¬ координатных характеристик (сигна¬ туры) цели. Более того, для оптикоэлектрон¬ ных систем самонаведения могут су¬ ществовать РЛХ, которые в явном ви¬ де не содержат диаграммы рассеяния или излучения, а только сигнатуры целей. Речь идет об информационном обеспечении пассивных оптикоэлект¬ ронных систем самонаведения и РУК. Если происходит дуэльная си¬ туация, а цель в своей структуре также может иметь оптикоэлектрон¬ ную систему самонаведения, то от¬ сутствие надежной информации о типе размещенной на атакующей це¬ ли системы самонаведения (напри¬ мер, телевизионной или тепловизи- онной, светояркостной или корреля¬ ционной), о варианте используемой ею схемы помехозащиты (например, схемы временной селекции в лазер¬ ной системе самонаведения) крайне затрудняет организацию эффектив¬ ного радиоэлектронного противодей¬ ствия таким целям, значит, и их из¬ бирательного поражения. Отсутствие подобной информа¬ ции, являющейся важной составляю¬ щей РЛХ цели, заставляет систему самонаведения или РУК выбирать ка¬ кую-то определенную реализацию парциальных помеховых воздействий, которые могут стать неэффективными для подавления (поражения) данной цели. Знание требуемых для органи¬ зации и осуществления противодей¬ ствия «сигнатурных РЛХ» значитель¬ но повышает эффективность борьбы с ВТО. Важно отметить, что РЛХ цели есть один из способов фиксации и за¬ писи ее некоординатных характери¬ стик. РЛХ могут определяться теоре¬ тически [872, 643, 484] или экспери¬ ментально оцениваться на специаль¬ ных полигонах [484, 481]. Очевидно, что основные трудности в определе¬ нии РЛХ обнаруживаются при оценке рассеивающих или излучательных ха¬
рактеристик целей, что и стало при¬ чиной отмеченного выше явления, ко¬ гда традиционно РЛХ, как часть он¬ тологии радиолокационной или опти¬ коэлектронной системы самонаведе¬ ния, сводят только к диаграммам рас¬ сеяния или излучения цели. Теперь «усовершенствуем» оп¬ ределение радиолокационного канала, но так, чтобы прежняя его дефиниция для «традиционного» радиолокаци¬ онного наблюдения по содержанию (смыслу) входила в новую. Итак, радиолокационный информационный канал призван описывать с заданной точ¬ ностью процесс получения информации о целях и представления ее пользователю (принимаются во внимание не только син¬ таксические, но и семантические и прагма¬ тические характеристики). Как уже отмечалось, оценка не¬ координатных параметров объектов фоноцелевой обстановки (распозна¬ вание) требует сведений о РЛХ для этих объектов. РЛХ цели сопоставля¬ ют ее той или иной некоординатной характеристике (или совокупности таких характеристик) информацию (как правило, в виде процедуры, на¬ пример, выбора), позволяющую вос¬ становить все соответствующие на¬ блюдению фиксируемые характери¬ стики цели. Следовательно, функцио¬ нирование систем самонаведения и РУК требует непрерывного пополне¬ ния «библиотеки» РЛХ, что обеспе¬ чивается соответствующим измерите¬ лем, а это сразу же говорит о необхо¬ димости включения в структуру ра¬ диолокационного канала РЛХ как объектов фоноцелевой обстановки, так и измерителя их РЛХ. Такие объекты радиолокацион¬ ного канала формируются вне теку¬ щей процедуры собственно наблюде¬ ния, а потому могут быть отнесены к разряду заранее подготовленных - off-Нпе-объектов. Если системы само¬ наведения используются при авто¬ номном самонаведении боевых средств поражения целей с помощью, например, корреляционно-экстрема¬ льных процедур, то, кроме только что перечисленных, в состав off-line- объектов радиолокационного канала нужно также включать разнообразные эталонные изображения фоноцелевой обстановки по маршруту движения, вкупе, конечно, с соответствующими формирователями полетных заданий. По существу, набор таких эталонных изо¬ бражений есть РЛХ, но не отдельного объ¬ екта фоноцелевой обстановки, а целого фрагмента местности. Поскольку распозна¬ вание, оперирующее с семантической и прагматической информацией, относят к интеллектуальным процедурам, то помехи, влияющие на совершение соответствую¬ щих процедур, предложено выделить в от¬ дельный класс и назвать интеллектуаль¬ ными. Интеллектуальные помехи, как объ¬ ект радиолокационного канала, могут быть как в on-line, так и в off-line «исполнении». Модернизация современных ин¬ формационных систем все чаще осу¬ ществляется программно, т.е. в пол¬ ном соответствии с SDR-технологией. Например, таким образом происходит расширение номенклатуры помех, от которых системы самонаведения и
РУК должны защищаться при осуще¬ ствлении наблюдения, а также учета возможных акторных свойств целей. Такая SDR-модернизация осуществ¬ ляется на специальных стендах, вы¬ ступающих как симуляционная физи¬ ческая модель радиолокационного канала [481]. За рубежом такие стен¬ ды являются продуктом промышлен¬ ного производства и получили назва¬ ние ATS (automatictestsystems). Имен¬ но такие стенды становятся основой для действия программируемых тех¬ нологий при анализе систем самона¬ ведения и РУК. Итак, off-line- измерители обеспечат не только функционирование систем самонаве¬ дения и РУК, но еще и участвуют в формировании следующих поколений таких систем. Семантическую или прагматиче¬ скую информацию, полученную предварительно или в реальном вре¬ мени и необходимую для обеспечения функционирования системы в неожи¬ данных для нее условиях, часто назы¬ вают тезаурусом системы. Тезаурус соответствует информации, обеспе¬ чивающей самоотражение системы, в данном случае системы самонаведе¬ ния или РУК, т.е. сведениям о струк¬ туре, состоянии, предыстории, харак¬ теристиках, целях, ценностях, зада¬ чах, а также о накопленных к настоя¬ щему времени данных о грядущей фоноцелевой обстановке. От тезауруса зависит текущая способность системы самонаведения или РУК воспри¬ нимать некоторую систему сигналов и да¬ вать определенную интерпретацию сигна¬ лов (т.е. оценивать координатные и неко¬ ординатные характеристики целей) в рам¬ ках накопленного тезауруса. Семантиче¬ ская и прагматическая информации появ¬ ляются при взаимодействии поступившей на вход систем самонаведения или РУК сигналов с тезаурусом. Тезаурус и его формирователь, как on-line, так и off-line информационные объекты, также должны включаться в структуру радиолокационно¬ го канала. Применительно к распределен¬ ным целям в качестве тезауруса выступают портреты цели, содержащие данные о со¬ ставе (структуре) цели, яркости ее локаль¬ ных центров рассеяния, их поляризацион¬ ных и иных характеристик, конечно же, со¬ отнесенные с ее сигнатурой. Сформированный таким образом радиолокационный канал способен обслуживать процедуры управления комплексом ВТО. Вместе с тем, сего¬ дня все чаще, особенно при организа¬ ций действий в сети (самый яркий пример таких действий - сетецентри¬ ческие войны), возникает проблема группового управления, т.е. управле¬ ния группой объектов, объединённых общей целью, и где должно быть обеспечено взаимодействием отдель¬ ных объектов для оптимального ре¬ шения задачи, поставленной перед группой в целом. В этом случае пере¬ ходят к децентрализованному (асин¬ хронному) управлению, оптималь¬ ность которого связывается с мини¬ мизацией времени принятия группо¬ вого решения, а также обеспечением живучести распределённой системы. Здесь требуется наличие некоторого канала обмена информации между «участниками». Такая разновидность децентрализованного
управления, как стайная стратегия, подра¬ зумевает отсутствие не только командира в группе объектов, но и какого-либо прямого канала связи между ними. При этом объек¬ ты, входящие в группу, могут получать только опосредованную информацию о действиях других объектов группы путём анализа изменений, происходящих в среде. Очевидно, что указанные виды децентра¬ лизованного управления, базирующиеся на радиолокационном или оптикоэлектронном информационном обеспечении, заставляют изменять не только номенклатуру элемен¬ тов радиолокационного канала, но и его структуру, причем кардинально. Когда в гл. 1 в первый раз обсу¬ ждался информационный канал, то говорилось о нескольких точках зре¬ ния на его структуру - то ли считать его единым для всей системы самона¬ ведения или РУК, то ли полагать, что каждая функция и каждый сигнал формируют свой парциальный ин¬ формационный (в данном контексте - радиолокационный) канал. Было ус¬ ловлено считать ответы на такой во¬ прос предметом договоренностей. Мы сейчас придерживаемся «парциаль¬ ной» точки зрения на радиолокацион¬ ный канал, считая, что, например, информационные (радиолокацион¬ ные) каналы оптикоэлектронных и радиолокационных систем самонаве¬ дения суть разные каналы. Эту дифференциацию следует в рамках этой договоренностей про¬ должать дальше - различая пассивные и активные каналы, а также по ис¬ пользуемым диапазонам и сигналам, тем более, что в процессе избиратель¬ ного поражения цели эти парциаль¬ ные каналы редко функционируют параллельно во времени. Вновь под¬ черкиваем, что в структуре этих раз¬ ных информационных каналов могут быть задействованы одни и те же ап¬ паратные и программные модули ин¬ формационной платформы системы самонаведения и РУК, а также одни и те же ориентиры и цели, трассы рас¬ пространения и, может быть, помехи. В этом случае такая типовая процеду¬ ра (смена сигналов, диапазонов и принципов функционирования при текущей невозможности их использо¬ вания из-за аварий и поражения сред¬ ствами РЭБ), здесь рассматривается как переключение радиолокационных каналов, в том числе и в рамках опти¬ коэлектронной РУК и/или системы самонаведения. Здесь же ограничимся описанием упрощенной структуры информаци¬ онного (радиолокационного) канала, представленной на рис. 5.1, которая вытекает из рассмотрения канониче¬ ского случая активного оптического информационного контакта с целью, когда требуется обнаружить цель и оценить ее характеристики. Основная задача, преследуемая при проектировании, разработке и реализации оптикоэлектронных сис¬ тем самонаведения и РУК, - это эф¬ фективное использование доступного информационного ресурса в оптиче¬ ском диапазоне для надежного обес¬ печения эффективного избиратель¬ ного поражения выявленных и на¬ значенных объектов фоноцелевой обстановки (целей). Причем в таких системах неизбежно присутствует неопределенность в принимаемой
Группа объектов Цели Ориентиры Фон Источники помех Источники сообщений 4 ► а к 0 сЗ Оч ей 1 и К а х X S ж < 3 04 QJ с о 5 «и К с Носитель Траектория Синтезатор сигналов Дополни¬ тельные каналы Измеритель Процессор обработки мерит* РЛХ Процессор управления Система индикации и управ¬ ления Рисунок 5.1 Упрощенная структура радиолокационного канала оптикоэлектронной системы самонаведения информации при заданном количест¬ ве потребляемого ресурса. Современные оптикоэлектронные системы самонаведения оперируют семью состав¬ ляющими ресурса: пространство, время, частота, фаза, поляризация, энергия (мощ¬ ность), накопленная и предоставленная информация об объектах фоноцелевой об¬ становки, поскольку они являются опреде¬ ляющими параметрами, используемыми при функционировании соответствующей формируемой для эффективного избира¬ тельного поражения целей информацион¬ ной платформы. Следовательно, задача оп¬ тикоэлектронных средств комплекса ВТО заключается в уменьшении неопределенно¬ сти об объектах фоноцелевой обстановки, вызванной, главным образом, внутренними особенностями систем, внешними воздей¬ ствиями посторонних средств, а также влиянием параметров окружающей среды в рамках предоставляемого ресурса. Разработка оптикоэлектронных систем самонаведения является мно¬ гокритериальной задачей, требующей при ее решении учета множества про¬ тиворечивых факторов. Так, стремле¬ ние к надежности оптической инфор¬ мации лимитируется как внутренни¬ ми, зависящими от разработчика, так и внешними ограничениями. Конеч¬ ность энергетического ресурса не до¬ пускает прямого, за счет увеличения мощности сигнала, решения задачи, тогда как требования спектральной эффективности не позволяют в пол¬ 395
ной мере реализовать идеологию ши¬ рокополосное™, превалирующую в современных оптикоэлектронных средствах комплекса ВТО. Много проблем возникает и при оценке поляризационной структуры оптических сигналов в оптикоэлект¬ ронных системах самонаведения. С другой стороны, подверженность воз¬ действию помех естественного и ис¬ кусственного происхождения, а также помех, обусловленных многолучевым распространением, диктует необхо¬ димость принятия адекватных мер по нейтрализации этих паразитных эф¬ фектов. Таким образом, как и вообще в инженерном проектировании, при¬ ходится искать компромисс между конфликтующими требованиями. Поскольку рассматриваемый ра¬ диолокационный канал является раз¬ новидностью информационного кана¬ ла применительно к оптикоэлектрон¬ ной системе самонаведения, учиты¬ вающего особенности именно опти¬ ческого наблюдения за фоноцелевой обстановкой (информационного кон¬ такта с целью), то необходимость его формирования для оценки эффектив¬ ности развертываемых информацион¬ ных процессов при оптическом на¬ блюдении подтверждается теми же аргументами. Ключевым здесь мо¬ ментом является обоснование при анализе оптикоэлектронной системы самонаведения необходимости вклю¬ чения в структуру соответствующей информационной платформы еще це¬ ли и помех (точнее, их моделей). Структура радиолокационного канала (рис. 5.1) включает в себя соб¬ ственно оптикоэлектронную систему самонаведения или оптикоэлектрон¬ ный РУК (оптический сенсор), носи¬ тель системы самонаведения или РУК, среду распространения волн, группу объектов фоноцелевой обста¬ новки, измеритель РЛХ, имитацион¬ ную модель ситуации и систему управления каналом. Все эти элемен¬ ты структуры участвуют в процессе обнаружения и определения характе¬ ристик заданных целей и других объ¬ ектов фоноцелевой обстановки. 1. Группа объектов фоноцелевой обстановки состоит из заданных объ¬ ектов (целей), вспомогательных объ¬ ектов (ориентиров), сопутствующих объектов (фона), объектов излучаю¬ щих или переизлучающих помеховые сигналы (источников помех) и объек¬ тов с активным ответом (источников сообщений). 2. Среда распространения - это пространство между оптикоэлектрон¬ ным средством и целью. Обычно счи¬ тается, что электромагнитная волна от цели до оптикоэлектронных средств комплекса ВТО распространяется прямолинейно и с постоянной скоро¬ стью. Наличие неоднородности среды (коэффициента преломления) вносит ошибки в процесс измерения характе¬ ристик цели, а потери энергии, вслед¬ ствие поглощения в среде, приводят к уменьшению дальности обнаружения целей. 3. Оптикоэлектронные средства комплекса ВТО включают в себя соб¬ ственно аппаратуру и программное обеспечение работы данного средства (физическую и информационную платформы). Выделение программно¬ го обеспечения в отдельный объект
обусловлено как важнейшей его ро¬ лью в решении всех задач при осуще¬ ствлении наведения боевых средств ВТО, так и его специфическим видом, как продукта сугубо интеллектуаль¬ ной деятельности, стоимость которого намного превышает стоимость аппа¬ ратуры оптикоэлектронных средств. Интеллект оптикоэлектронных систем самонаведения и РУК материализован в информационной платформе в виде алгоритмов и программ процессоров и вычислительных машин, то есть программном обеспечении. 4. Дополнительные каналы (на¬ пример, микронавигационные уст¬ ройства) снабжают необходимой ин¬ формацией процессоры обработки сигналов и управления. 5. Система индикации и управ¬ ления обеспечивает связь оператора и РУК с использованием устройств отображения информации и интел¬ лектуальных систем управления. 6. Носитель системы самонаведе¬ ния или РУК выполняет не только транспортные функции, но и обеспе¬ чивает заданное (требуемое) простран¬ ственно-временное положение (траек¬ торию) оптикоэлектронных РУК и систем самонаведения, исходя из зада¬ чи формирования требуемого про- странственно-временного траекторно- го сигнала (траекторное управление). 7. Измеритель РЛХ осуществляет в off-line режиме формирование и по¬ полнение банка данных о РЛХ объек¬ тов наблюдения. 8. Имитационная модель ситуа¬ ции в интеллектуальных РУК и сис¬ темах самонаведения, анализируя фиксируемую боевую обстановку, прогнозирует ее развитие и как экс¬ пертная система выдает рекоменда¬ ции для коррекции тактики примене¬ ния средств поражения. Кроме перечисленных составных частей радиолокационного канала оп¬ тикоэлектронной системы самонаве¬ дения в него также входят устройства технической диагностики, источники питания, сеть распределения сигналов и коммутационные устройства. В рамках радиолокационного ка¬ нала оптикоэлектронной системы са¬ монаведения осуществляется получе¬ ние оценок (синтез оценок) сигналов, которые применительно к задачам осуществления и поддержки самона¬ ведения следует считать квазидетер- минированными, наблюдаемыми в условиях искажений различными по¬ мехами и шумами. При синтезе оце¬ нок таких сигналов наиболее рас¬ пространены два подхода. Подход 1. Базируется на предпо¬ ложении, что оцениваемый параметр является случайным с известным ап¬ риорным распределением вероятно¬ стей. В этом случае оптимальной явля¬ ется байесовая оценка параметра. Подход 2. Параметр рассматрива¬ ется как неизвестная, но фиксирован¬ ная величина. При этом для синтеза оценки применяют метод максималь¬ ного правдоподобия. Получаемые при его помощи оценки максимального правдоподобия обычно проще, и их легче реализовать на практике, поэто¬ му они наиболее распространены. При оптическом наблюдении важными практическими задачами являются оценки момента прихода сигнала, доплеровского смещения 397 |
частоты и начальной фазы. Все эти параметры нелинейно связаны с на¬ блюдаемым сигналом. Оценки пара¬ метров в подобных случаях получа¬ ются косвенно - по положению мак¬ симума функции правдоподобия. При этом трудно судить об их истинной точности и близости к теоретической границе Крамера-Рао. Обоснованием для практического использования оценок максимального правдоподо¬ бия являются их асимптотические свойства (асимптотическая эффек¬ тивность) - точность приближается к границе Крамера-Рао с увеличением отношения сигнал/шум + помеха. В то же время в нелинейных задачах при средних и малых отношениях сигнал/шум+помеха возможны оцен¬ ки с меньшими дисперсиями нежели оценки максимального правдоподо¬ бия. Привлекательной стороной байе¬ совского подхода является возмож¬ ность получения оптимальных по точности оценок. Однако в нелиней¬ ных случаях при этом подходе также нельзя достичь границы Крамера-Рао, но использование квадратичной функции потерь гарантирует получе¬ ние минимальной дисперсии ошибки по сравнению с другими оценками. Некоторым ограничением для приме¬ нения байесовских оценок является потребность в информации об апри¬ орном распределении вероятностей оцениваемого параметра. Но часто их можно задавать, исходя из анализа решаемой задачи. Например, при оценке момента прихода ожидаемого сигнала можно считать оцениваемый параметр неизвестной, но фиксиро¬ ванной величиной, тем не менее, пе¬ ред оценкой (или одновременно с ней) обычно решается задача обнару¬ жения. На этом этапе одновременно определяется и примерное располо¬ жение оптического сигнала на оси времени, которое затем уточняется во временном дискриминаторе. При этом интервал поиска сигнала для времен¬ ного дискриминатора сужается. Таким образом, этап обнаружения можно рассматривать как грубую оценку задержки сигнала. На каждом цикле обнаружения влияние помех приводит к тому, что истинное поло¬ жение сигнала внутри интервала поис¬ ка является случайным. Аналогичная ситуация характерна и для оценки до- плеровского смещения частоты. Этапу точной настройки на доплеровское смещение частоты сигнала предшест¬ вует этап грубого поиска, который за¬ дает априорный интервал по частоте, определяемый полосой захвата систе¬ мы частотной автоподстройки. В большинстве практических задач по оптическому самонаведению предва¬ рительный этап обнаружения сигнала приводит к ограниченному априорно¬ му интервалу для параметра, который можно рассматривать как случайную величину. Для нее можно достаточно аргументировано задать априорный закон распределения вероятностей на основе анализа статистических харак¬ теристик этапа обнаружения или в ре¬ зультате экспериментального исследо¬ вания аппаратурных или алгоритмиче¬ ских свойств обнаружителя. До сих пор свойства радиолока¬ ционного канала оптикоэлектронной системы самонаведения, как правило, увязывались только с функциями об- 398 ■шшинн
наружения цели и оценки ее парамет¬ ров, связанных с движением (коорди¬ натных характеристик). Теперь нужно наделить радиолокационный канал оптикоэлектронной системы самона¬ ведения и оптикоэлектронного РУК возможностью использования ин¬ формации для целеуказания и осуще¬ ствления процедур распознавания объектов фоноцелевой обстановки, осуществления симуляционного (имитационного) моделирования процесса взаимодействия цели и оп¬ тикоэлектронной системы самонаве¬ дения. Здесь уже требуется совсем иная организация информационных процессов с получением, накоплени¬ ем и использованием поступающей извне семантической и прагматиче¬ ской информации. Таким образом, интеллектуализация вы¬ полняемых оптикоэлектронной системой самонаведения функций, сопровождающая интенсивным информационным обменом, приводит к тому, что радиолокационный канал оптикоэлектронной системы самона¬ ведения, становится вариабельным, как по своей структуре, так и составу его элемен¬ тов. Это обстоятельство создает все пред¬ посылки для формирования соответствую¬ щей конструктивной теории радиолокаци¬ онного канала оптикоэлектронной системы самонаведения. Радиолокационные характеристики (ОПТИЧЕСКИЕ РЛХ) ЦЕЛЕЙ Можно выявить три направления ис¬ пользования в задачах оптического наблю¬ дения фоноцелевой обстановки извлекаемой некоординатной информации об объектах наблюдения: ■ распознавание; ■ поиск и выявление интересующих по¬ требителя объектов; ■ уменьшение влияния на качество ре¬ шения оптических задач характери¬ стик излучения или/и рассеяния на¬ блюдаемых целей и фонов. Это дает возможность извлечь из оп¬ тического сигнала данные об объектах фо¬ ноцелевой обстановки, исключить на изо¬ бражении не интересную для потребителя информацию и усилить иногда мгновенные следы информации для трудно обнаружи¬ ваемых и наблюдаемых целях. Как уже отмечалось, семантика и прагматика оптических сигналов связывает¬ ся с представлением о тезаурусе радиоло¬ кационного канала оптикоэлектронной сис¬ темы самонаведения. Применительно к оп¬ тическому информационному каналу тезау¬ рус образуют имеющиеся сведения об ис¬ точнике принятой системы сигналов (о цели и/или об источнике сигналов, т.е. тоже о це¬ ли, но наблюдаемой в пассивном режиме) и о самом канале, особенно если он в процес¬ се наблюдения меняет свою структуру и ха¬ рактеристики. Тезаурус радиолокационного канала опти¬ коэлектронной системы самонаведения в основной своей части допускает «сигналь¬ ное» представление. Тот факт, что семан¬ тическое и прагматические характеристики оптических сигналов выявляются при взаимодействии с тезаурусом, который сам соответствует некоторой системе сигналов, позволяет утверждать о наличии у системы
сигналов радиолокационного канала опти¬ коэлектронной системы самонаведения собственной семантики и прагматики. Система сигналов определенным об¬ разом организована, а значит, имеет харак¬ теристики, базирующиеся на временных, пространственных и поляризационных па¬ раметрах, соответствующих пространствен¬ ной, временной и поляризационной струк¬ турам электромагнитных волн оптического диапазона - «несущей» системы сигналов. С другой стороны, режимы работы (функ¬ ции) радиолокационного канала оптико¬ электронной системы самонаведения ВТО реализуются на основе информации, достав¬ ляемой соответствующей системой сигналов, а значит, система сигналов должна рассмат¬ риваться с точки зрения ее ценности и при¬ годности при реализации указанных режи¬ мов (функций), что может быть зафиксиро¬ вано в сигнатуре этой системы. При соотне¬ сении системы оптических сигналов с функ¬ циями системы самонаведения и ВТО в целом анализируется прагматика, оценивае¬ мая эффективностью обеспечения гаранти¬ рованного избирательного поражения цели. Семантика системы сигналов опреде¬ ляется связью характеристик сигналов с «за¬ кодированными» в параметры сигналов ха¬ рактеристиками целей и фоноцелевой обста¬ новки, влияющими на реализуемость режи¬ мов радиолокационного канала оптикоэлек¬ тронной системы самонаведения, связанных с распознаванием фоноцелевой обстановки. Указанное соотнесение определяет процедуру формирования оптических РЛХ целей, наблюдаемых оптикоэлектронной системой самонаведения. Необходимость в использовании параметров, близких по смыслу к оптическим РЛХ, была осознана разработчиками оптикоэлекгрон- ных систем РУК и самонаведения и специа¬ листами по радиоэлектронной борьбе около пятидесяти лет назад в связи с решением за¬ дач распознавания, селекции ложных целей и оптической маскировки. До этого времени использовалось понятие излучательной или рассеивающей способности. Наряду с этими понятиями в литературе стали появляться такие понятия как сигнатура, сигнальные ха¬ рактеристики, шум цели, портрет-образ, на¬ конец, оптические (оптиколокационные) ха¬ рактеристики, что отвечало стремлению ис¬ пользовать при исследовании оптикоэлек¬ тронных систем такие понятия, которые бы больше были «пользовательскими» и соот¬ ветствовали специфике именно прикладных задач, свойственных оптикоэлектронным системам, чем рассеивающая или излуча¬ тельная способность цели. В понятии оптических РЛХ целей, на¬ блюдаемых в оптическом диапазоне, синте¬ зируются все существенные особенности приведенных выше понятий, если возлагать на оптические РЛХ еще и фиксацию семан¬ тики и прагматики системы оптических сигналов. Характеристики рассеяния и из¬ лучения, запечатленные в сигнале, а потому их можно называть сигнальными характе¬ ристиками, являются существенной сторо¬ ной оптических РЛХ целей, но все содер¬ жание этого понятия только к ним не сво¬ дится. Однако такое проявление оптических РЛХ наиболее характерно для создания специальных маркеров, где требуется тем или иным способом воспроизводить задан¬ ные сигнальные портреты. Как известно, маркеры бывают или военного назначения, прежде всего, источники пассивных помех, или широкого применения, куда входят маркеры-ретрансляторы и маркеры-иденти¬ фикаторы, применяемые для поиска и иден¬ тификации объектов. Появление многоканальных и многофунк¬ циональных оптикоэлектронных РУК и систем самонаведения с высоким разреше¬ нием, мощным процессором, интеллекту¬ альным алгоритмическим и программным I 400
обеспечением требует уточнения содержа¬ ния понятия оптических РЛХ, как семанти¬ ки и прагматики системы оптических сиг¬ налов и оценить его применимость. Собственно, тезаурус радиолокацион¬ ного канала оптикоэлектронной системы самонаведения в виде оптических РЛХ на¬ капливается в информационной платформе оптикоэлектронной системы при ее функ¬ ционировании. Оптические РЛХ для радио¬ локационного канала оптикоэлектронной системы самонаведения - это состояние фоноцелевой обстановки, которое система самонаведения ВТО, как правило, до конца «не знает». Она фиксирует текущий сиг¬ нальный или информативный портреты объектов наблюдения, но не способна уве¬ ренно предсказать их динамику, а также со¬ отнести их с объектами, для которых оце¬ нены нужные ей некоординатные характе¬ ристики целей. Сведения об оптических РЛХ (прежде всего, о некоординатных ха¬ рактеристиках) целей могут доставляться в радиолокационный канал оптикоэлектрон¬ ной системы самонаведения заранее - соот¬ ветствующей передачей информационного обеспечения перед началом функциониро¬ вания, или в текущем режиме функциони¬ рования, запоминая оптические сигналы (или оцениваемую с помощью них рассеи¬ вающую или излучательную способность) от цели, некоординатные параметры кото¬ рой каким-либо образом установлены (оце¬ нены) или могут быть установлены. Оптические РЛХ как своим наличием, так и оцененными по определенному прави¬ лу характеристиками целей, могут повлиять на ход реализации информационных техно¬ логий в системе самонаведения, базирую¬ щихся на использовании указанных оптиче¬ ских РЛХ целей, организованных изначально или оцененных в ходе выполнения процедур обработки оптической информации. Самое главное в знаниях, что циркулирую¬ щая в системах самонаведения информация об объектах оптического наблюдения (це¬ лей, выделенных для избирательного пора¬ жения), попадающая под юрисдикцию оп¬ тических РЛХ (знания, тезауруса), может развиваться (наращиваться, структуриро¬ ваться, повышать свою значимость для сис¬ темы ВТО) в ходе ее обработки, и в зависи¬ мости от достигнутого своего «уровня раз¬ вития» влиять на технологию ее обработки. ПОЛУНАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ Создание и эксплуатация комплексов ВТО, постоянно нуждающихся в информа¬ ции о некоординатных характеристиках це¬ лей, сопровождается разработкой информа¬ ционного обеспечения для системы самона¬ ведения, наращивающего ее информацион¬ ную платформу. Учитывая важность ин¬ формационного обеспечения, его часто выделяют в радиолокационном канале ком- плексированной (оптикоэлектронной и ра¬ диолокационной) системы самонаведения как отдельное информационное средство, выступающее одним из основных компо¬ нентов системы самонаведения [389]. Реализация новых технологий отра¬ ботки и испытаний в рамках радиолокаци¬ онного канала комплексированной системы самонаведения ВТО предусматривает при¬ менение следующих основных видов испы¬ таний. 1. Испытания с использованием мате¬ матических моделей на комплексах матема¬ тического моделирования (в том числе, вто¬ ричная обработка результатов всех видов испытаний). 2. Стендовые испытания аппаратуры РУК и систем самонаведения на комплексах полунатурного моделирования. 401 1
3. Полигонные испытания аппаратуры РУК и систем самонаведения на летающих лабораториях. 4. Натурные испытания управляемых ракетных средств поражения (пуски, кон¬ трольные работы, наземная отработка РУК). Рациональное распределение решае¬ мых задач между различными видами испы¬ таний, комплексное использование результа¬ тов позволяют существенно повысить их достоверность, сократить сроки принятия перспективных средств ВТО на вооружение. Все отмеченные виды испытаний в той или иной степени оценивают некоординатные характеристики целей, фиксируя их в струк¬ туре РЛХ. Натурные испытания воспроизво¬ дят с той или иной степенью достоверности реальное применение комплексов ВТО, а все остальные доставляют информацию об объ¬ ектах радиолокационного канала, позволяю¬ щую синтезировать на модельном (сигналь¬ ном) уровне ту или иную ситуацию, связан¬ ную с использованием комплекса ВТО. Применительно к комплексам ВТО испы¬ тания призваны еще парировать действия потенциального противника на исследова¬ ния потенциальных уязвимостей разраба¬ тываемых и создаваемых комплексов. Но¬ вые комплексы ВТО должны разрабаты¬ ваться и модернизироваться относительно быстро. Поскольку процесс разработки комплекса ВТО опирается на большой объ¬ ем исследований, то здесь центр внимания должен акцентироваться на полигонные исследования, на основе которых форми¬ руются научно-обоснованные рекоменда¬ ции по построению комплексов. При этом ключевую роль играет ана¬ лиз информативных параметров полезных сигналов с точки зрения оценки координат¬ ных и некоординатных характеристик объ¬ ектов наблюдения для различных вариантов построения систем самонаведения и РУК, условий эксплуатации и действий против¬ ника. Такой анализ сводится к оперирова¬ нию с РЛХ объектов радиолокационного канала. Одной из задач таких испытаний является формирование представительной базы сигналов в виде масштабного банка полезных сигналов и помех. Такие база и банк есть существенная часть РЛХ. Однако формирование такого банка с помощью только натурных экспериментов недопус¬ тимо из-за больших затрат всех видов ре¬ сурсов. Разрешение данного противоречия видится в использовании математического моделирования сигналообразования и структур комплекса ВТО. На этапе анализа требований к ком¬ плексу ВТО осуществляется обзор сущест¬ вующих решений для комплексов ВТО, функционирующих на основе конкретных физических принципов и использующих однотипные по задачам и характеристикам боеприпасы и средства их доставки. Изуча¬ ются, уточняются особенности сигналооб¬ разования, тактика применения, влияние помеховых воздействий, анализируются эксплуатационные недостатки и уязвимости комплекса ВТО. На основе такого анализа формируются направления совершенство¬ вания и прогноз ожидаемых ТТХ разраба¬ тываемого комплекса ВТО, очерчиваются границы исследования. Далее перед разработчиком встают два направления: математическое моделирова¬ ние процессов сигналообразования с подбо¬ ром программного инструментария (приори¬ тетное), или же проведение натурных экспе¬ риментов, в том числе, и на предметных мо¬ делях реальных объектов. Строго сформиро¬ ванная предметная (физическая) модель должна содержать сведения о РЛХ (должны быть известны все требуемые для избира¬ тельного поражения характеристики объек¬ тов информационного канала), имеющие оп¬ ределяющее значение для установления аде¬ кватности математического описания ком¬ плекса ВТО и окружающей среды. При планировании натурных измере¬ ний системы самонаведения следует пом¬ нить, что их основная задача - обеспечение экспериментальными данными процедуры проверки адекватности математической мо¬
дели процессов трансформации координат¬ ных и некоординатных характеристик ре¬ альных объектов наблюдения в признако¬ вые параметры сигналов. Предметная и ма¬ тематическая модели уточняются до тех пор, пока отличие результатов двух «вет¬ вей» рассматриваемого алгоритма не станет меньше допустимых величин погрешностей вычислений и измерений. Успешность ис¬ пользования предложенного инструмента¬ рия во многом определяется адекватностью разрабатываемых математических моделей. Особенностью комплекса ВТО, как объекта исследования, является отсутствие возможности получения «сквозной форму¬ лы» или аналитического выражения для прямого расчета статистических характери¬ стик информационных параметров полезных сигналов и помех. Комплекс ВТО состоит из устройств, различных по природе и должен решать стоящие функциональные задачи. Для синтеза алгоритма работы процессоров, задействованных в информационной плат¬ форме комплекса, требуется анализ особен¬ ностей сигналов (состава, формы, порядка следования экстремумов, признаковых пара¬ метров и др.), предсказать и учесть которые на этапе разработки математической модели затруднительно. Поэтому необходим инфор¬ мационный банк, формируемый путем чис¬ ленного расчета на выходе антенны как функций пространства и времени для всего разнообразия конструктивных параметров и вариантов, условий функционирования ком¬ плекса ВТО, способов воздействия против¬ ника, траекторий и скоростей движения РУК и систем самонаведения. Наличие адекватной математической моде¬ ли позволяет перейти к моделированию сиг¬ налов для различных условий и ситуаций функционирования комплексов ВТО, для чего формируется банк оптических РЛХ, ко¬ торый постоянно исследуется и по необхо¬ димости корректируется и пополняется. Исследование банка сигналов ведется по двум направлениям: исследование при¬ знаков сигнала, позволяющих выявить воз¬ можности и намерения противника, и ис¬ следование структуры и характеристик сиг¬ нала с учетом складывающей динамической обстановки при избирательном поражении, на основе анализа которых вырабатываются рекомендации по построению информаци¬ онной платформы комплекса ВТО, конст¬ рукции комплекса, выбору параметров ра¬ диолокационного канала. Кроме того, «тон¬ кий» анализ банка сигналов от объектов противника позволяет в ряде случаев обос¬ новать возможность расширения информа¬ тивности комплекса ВТО. Здесь требуются следующие блоки моделей: ■ модель действий объектов в боевом пространстве; ■ модель функционирования огневых средств; ■ модель функционирования РУК; ■ модель функционирования систем са¬ монаведения. Без этих блоков невозможно, напри¬ мер, оценить условия постоянного нахож¬ дения цели в стробе сопровождения, что является условием успешного решения за¬ дачи уничтожения цели. Кроме того, обос¬ нование требований к точности функцио¬ нирования устройств комплекса ВТО не¬ возможно без учета тактических задач, ре¬ шаемых информационной платформой комплекса и особенностей избирательно поражаемых целей. Исследование и моделирование по¬ мех (шумов), выявление их устойчивых отличительных признаков направлено на повышение помехоустойчивости комплек¬ са ВТО в реальных условиях. Наиболее значимые помехи обязательно включаются в онтологию при составлении математиче¬ ской модели комплекса ВТО. Оставшуюся часть невыявленных шумов и «наводок» необходимо выявлять и выяснять их при¬ роду (по возможности) и характеристики при проведении натурных экспериментов в реальных условиях. Результаты научного исследования комплекса ВТО оцениваются на этапе анализа потенциальных характе¬ ристик.
В настоящее время для сокращения объемов испытаний, количества изготав¬ ливаемой для испытаний материальной части широко применяется полунатурное (полуфизическое) моделирование систем управления ракет и снарядов различного назначения. Полунатурное моделирование - разновидность физического моделирова¬ ния с реальной аппаратурой, при котором остальная часть систем имитируются в ЭВМ реального времени в виде математи¬ ческих моделей. Полунатурное моделиро¬ вание следует за математическим модели¬ рованием и позволяет получить более дос¬ товерные сведения о поведении исследуе¬ мого комплекса ВТО. Для совершения полунатурного моде¬ лирования систем самонаведения и РУК создаются специальные программно¬ аппаратные комплексы, по существу вос¬ производящие структуру и объекты радио¬ локационного канала, включая измерители оптических РЛХ и сами базы данных РЛХ. В результате в распоряжение исследовате¬ лей попадают воспроизводимые информа¬ ционная и физическая платформы радиоло¬ кационного канала, носителем которых вы¬ ступают комплексы полунатурного модели¬ рования. Преимущества полунатурных испытаний ■ Много тысяч имитаций летных испы¬ таний может быть воспроизведено по цене единичного запуска в безопас¬ ных, контролируемых и повторяемых условиях. ■ Статистическая достоверность пове¬ дения комплекса ВТО в предельных режимах его функционирования. ■ Укороченный цикл от разработки до производства. ■ Сниженная стоимость разработки продукции. ■ Сниженные риски программ. ■ Гарантированное качество и рабочие характеристики. ■ Раннее поступление на рынок более конкурентоспособных продуктов. Ограничения применения полунатурного моделирования ■ Ограниченная точность воспроизво¬ димого сценария имитации и входных сигналов от датчиков. ■ Нет возможности воспроизведения больших линейных ускорений. ■ Ограниченный набор изделий, кото¬ рые доступны для испытаний. ■ Характеристики оборудования могут ухудшаться со временем использования. Сложившаяся в последние десятиле¬ тия практика проведения отработки и испы¬ таний РУК показывает, что по составу и объёму испытания с использованием ком¬ плексов полунатурного моделирования со¬ ставляют не менее 65% от общего объёма. Системы наземной отработки, включаю¬ щие в себя комплекс математического и комплекс полунатурного моделирования с имитатором системы управления вооруже¬ нием, должны постоянно совершенство¬ ваться, что позволит расширить круг задач, решаемых на земле, и, в свою очередь, сни¬ зить затраты на создание новых образцов комплексов ВТО [9]. Технология комплексной отработки, наземных и лётных испытаний должна учи¬ тывать весь спектр условий применения ВТО в соответствии с требованиями тактико¬ технического задания на комплекс ВТО. Комплексы полунатурного моделирования используются для научно-технического со¬ провождения НИР и ОКР при разработке перспективных комплексов ВТО и модерни¬ зации существующих с применением мето¬ дов математического полунатурного и сквоз¬ ного моделирования процессов функциони¬ рования систем самонаведения на всех эта¬ пах создания опытных образцов оружия [688]. Существующие комплексы полуна¬ турного моделирования предназначены для комплексной проверки правильности взаи¬ модействия и совместного функционирова¬
ния составных частей бортовой аппаратуры, программно-математического обеспечения и полётного задания высокоточных средств поражения. Режимы моделирования ■ Предпусковая подготовка и контроль аппаратуры. ■ Автономный полет по пространствен- но-временному графику в условиях проведения испытаний управляемых средств поражения. ■ Автономный полет по пространствен¬ но-временному графику, задаваемому от дистанционного пункта управления. ■ Приведение в заданную по полетному заданию точку маршрута. ■ Осуществление собственно избира¬ тельного поражения. Работа комплексов полунатурного моделирования ВТО ■ Отработка системы управления на эта¬ пе технического проектирования с вы¬ дачей заключения о готовности РУК, программно-математического обеспе¬ чения и полетных заданий к проведе¬ нию натурных испытаний. ■ Сопровождение в процессе натурных испытаний системы самонаведения, анализа результатов и оценки возмож¬ ной модернизации системы. ■ Выполнение целевых программ по по¬ лучению качественных и количест¬ венных оценок основных технических параметров системы самонаведения и создания математических моделей со¬ ставных частей бортовой аппаратуры. ■ Выполнение режимов обучения опе¬ раторов (функции тренажёра) РУК. Задачи, решаемые стендовым оборудованием и вычислительными системами комплексов полунатурного моделирования оптикоэлектронных РУК и систем самонаведения ■ Отработка совместного функционирова¬ ния систем и модулей комплекса ВТО. ■ Отработка электрического и инфор¬ мационного взаимодействия подсис¬ тем РУК и систем самонаведения. ■ Отработка временной циклограммы обменных операций вычислительных средств РУК и систем самонаведения. ■ Оценка достаточности комплекта кон¬ трольно-проверочной аппаратуры. ■ Сертификация программно-математи- ческого обеспечения вычислительных средств РУК и систем самонаведения. Процедуры, необходимые при отработке на полунатурном комплексе модулей управления и стабилизации ■ Оценка качества переходных процессов работы РУК и систем самонаведения. ■ Оценка функционирования РУК и систем самонаведения, отработка ре¬ жимов самонаведения на заданную цель и ее избирательного поражения. ■ Контроль динамических характери¬ стик систем комплекса ВТО в целом на штатных режимах применения, трассах летных испытаний, а также в условиях, отличных от полигонных. ■ Отработка режима изменения и стаби¬ лизации заданной высоты полёта. ■ Отработка и контроль взаимодействия РУК и систем самонаведения с систе¬ мой управления двигателем. ■ Оценка функционирования РУК и систем самонаведения, логики работы системы автоматики в режимах вы¬ полнения боевого маневра. ■ Определение практических ограничений условий применения комплекса ВТО. ■ Отработка режимов выхода ракеты на конечный участок маршрута или промежуточный пункт маршрута с различными информационными сис¬ темами при поиске и автосопровож¬ дении целей и ориентиров в заданном районе. ■ Отработка режимов боевого примене¬ ния трудно воспроизводимых в лет¬ ных испытаниях или требующих больших финансовых затрат.
Практика, реализуемая при отработке модулей навигации ■ Обоснование и оценка оптимальных структур комплексирования систем спутниковой коррекции и инерциальных систем РУК и систем самонаведения. ■ Оценка влияния ошибок начальной выставки инерциальной навигацион¬ ной системы (ИНС). ■ Оценка влияния темпа формирования обменных операций. ■ Оценка несоответствия поведения ошибок реальной ИНС принятому в системе алгоритму. ■ Оценка выполнимости полётного за¬ дания. ■ Оценка точности входа в зоны кор¬ рекции. ■ Оценка влияния изменения высоты и скорости полета на значения поправок в зонах коррекции. ■ Оценка точности характеристик по¬ правок в зонах коррекции. ■ Оценка возможности совершения из¬ бирательного поражения. ■ Оценка возможности функционирова¬ ния со спутниковыми системами. Задачи, решаемые при воспроизведении на комплексе полунатурного моделирования режима коррекции для систем самонаведения ■ Оценка точности входа ракеты в зоны коррекции. ■ Оценка точности формирования ста¬ тических и динамических поправок в зонах коррекции. ■ Оценка качества информации о фоно¬ целевой обстановке при эволюциях ракеты относительно центра масс. Операции при отработке модулей обеспечения взаимодействия систем ракеты или ракетоносца ■ Выбор и оценка оптимальных струк¬ тур комплексирования. ■ Отработка информационного взаимо¬ действия. ■ Оценка функционирования РУК и систем самонаведения в режимах по¬ иска, захвата, автосопровождения це¬ ли и обмена информацией. ■ Оценка качества силовой и косвенной (электронной) стабилизации пелен¬ гующих устройств в режиме движения ракеты или ракетоносца относительно центра масс. Операции при отработке динамики контура системы самонаведения ■ Оценка устойчивости автосопровож¬ дения заданной цели, в том числе и в условиях радиоэлектронного и огне¬ вого противодействия. ■ Оценка влияния ошибок начального целеуказания на реализацию процесса наведения, ■ Оценка поведения ракеты на конечном участке при осуществлении собствен¬ но избирательного поражения цели. Операции при отработке модулей сбора и обработки информации ■ Оценка достаточности объема полу¬ чаемой в текущем режиме и накоп¬ ленной задействуемой информации. ■ Отработка алгоритмов первичной и вторичной обработки информации. Операции при отработке модулей связи систем самонаведения с другими объектами комплекса ВТО ■ Отработка алгоритмов формирования, приёма и передачи разовых и времен¬ ных команд. ■ Отработка циклограмм обменных ин¬ формационных операций. Операции, на которых базируется сопровождение государственных и специальных летных испытаний ■ Корректировка программно-математи- ческого обеспечения РУК и систем 406 .
самонаведения по результатам летного эксперимента. ■ Оформление штатного облика про- граммно-математического обеспечения. Оборудование, необходимое для решения перечисленных задач и устанавливаемое на комплексы полунатурного моделирования ■ Автоматизированные контрольно-изме¬ рительные системы для комплекса ВТО. ■ Телеметрические системы. ■ Системы информационного обеспечения. ■ Имитаторы помех. ■ Имитаторы входных сигналов для ра¬ диолокационных, тепловизионных и телевизионных каналов систем само¬ наведения. ■ Имитатор сигналов систем навигаци¬ онной коррекции. ■ Генераторы специальных сигналов те¬ ле-, тепло-, лазерных источников ин¬ формации. ■ Банк данных РЛХ. ■ Подсистемы сбора и обработки теле¬ метрической информации. ■ Общие комплектующие элементов, обеспечивающие электрическую и информационную стыковку оборудо¬ вания комплекса. Основные требования к оборудова¬ нию моделирующего комплекса и программно-математическому обеспечению ■ Проведение полунатурного моделиро¬ вания комплекса ВТО с комбиниро¬ ванными системами управления. ■ Вариабельность условий наблюдения и сценариев боевого применения. ■ Воспроизведение параметров движе¬ ния ракет и ракетоносцев с требуемой точностью, как по заданному графику полёта, так и по командам с дистанци¬ онных пунктов управления. ■ Обеспечение процесса моделирования без ограничения по времени; ■ Наличие системы высокоточных циф¬ ровых измерений собственных пара¬ метров комплекса; ■ Разработка и изготовление специали¬ зированных устройств имитации фо¬ ноцелевой обстановки для исследова¬ ния телевизионных, тепловизионных и лазерных систем самонаведения. ■ Обеспечение воспроизводимости ре¬ зультатов полунатурного моделирова¬ ния комплекса ВТО. ■ Обеспечение наблюдаемости функ¬ ционирования составных частей ком¬ плекса ВТО. ■ Автоматизация процесса моделирования. Тенденции и факторы развития ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Актуальность комплексов полунатур¬ ного моделирования сегодня возрастает, как никогда. Обусловлено это рядом причин, среди которых наиболее значимой является возросшая сложность комплексов ВТО, многовариантность их применения, разно¬ образие задач и условий их функциониро¬ вания, совершенствования тактики радио¬ электронного и огневого тпротиводействия. Это, прежде всего, относится к системам самонаведения, включающих в себя БИНС, радиовысотомерные системы, спутниковые навигационные системы, бортовые цифро¬ вые вычислительные системы, модули ин¬ формационного обмена, средства РЭБ и др. Вторым важным фактором широкого использования методов полунатурного мо¬ делирования в ходе создания новых образцов ВТО является все возрастающая их стои¬ мость и, соответственно, стоимость натур-
ных испытаний. Возможность совместной ■ отработки элементов бортовых комплексов управления на полунатурных стендах позво¬ ляет существенно сократить необходимое количество реальных пусков, ускорить и удешевить процессы летно-конструкторских и государственных испытаний. ■ Создание комплексов полунатурного моде¬ лирования, обеспечивающих возможность л испытаний систем самонаведения ВТО во всех требуемых условиях и режимах рабо¬ ты является актуальной и экономически необходимой задачей [696]. Основные тенденции ш в развитии комплексов полунатурного моделирования ■ Комплексность (возможность прове¬ дения испытаний изделия в целом или Л его функционально законченных со¬ ставных частей). ■ Универсальность (возможность рабо- 11 ты с различными изделиями заданной номенклатуры). Л ■ Адекватность характеристик реальных условий функционирования. ш Адаптивность (простота адаптации к конкретному образцу изделия, воз¬ можность программной настройки комплекса, обеспечивающей работу с новыми изделиями, без изменения со¬ става его аппаратных средств). Преимущественное использование цифровых и программных методов имитации. Простота модернизации (возможность модернизации комплекса путем заме¬ ны отдельных приборов или их бло¬ ков, программного и алгоритмическо¬ го обеспечения, либо наращивания числа приборов и программных моду¬ лей без переделки всего комплекса). Высокая степень унификации аппа¬ ратных и программных средств (сис¬ тема должна иметь ограниченное чис¬ ло типов модулей). Наращивание информационного обес¬ печения, прежде всего, в виде банка данных или знаний РЛХ. Осуществление информационного об¬ мена с внешними источниками. Высокая степень автоматизации про¬ цесса испытаний. Простота обслуживания. Модель радиолокационного ИНФОРМАЦИОННОГО КАНАЛА ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ ВТО Итак, моделирование должно ид¬ ти в рамках радиолокационного кана¬ ла, куда отдельным объектом входит оптикоэлектронная система самона¬ ведения. Основные вопросы, на которые можно ответить с помощью моделирования оптикоэлектронных систем самонаведения При каких значениях параметров и характеристик отдельных звеньев вычислительного устройства и самих оптикоэлектронных сенсоров можно достичь поставленной перед оптико¬ электронной системой самонаведе¬ ния задачи по осуществлению изби¬ рательного поражения? Каково оптимальное сочетание этих параметров и характеристик?
Как будут влиять изменения ус¬ ловий работы оптикоэлектронных сенсоров на показатели качества системы самонаведения? Какие алгоритмы обработки оптических сигналов наиболее рацио¬ нальны с точки зрения различных требований, предъявляемых к систе¬ ме самонаведения? В качестве общей структуры мо¬ дели подсистемы вычислительного комплекса, которая предназначена для обработки и анализа наблюдае¬ мых оптических изображений, может рассматриваться вариант модели, представленный на рис. 5.2, где ОЭС - оптикоэлектронная система [790]. Для создания модели в интере¬ сах оценки показателей качества оп¬ тикоэлектронных сенсоров, нахож¬ дения оптимальной структуры и оп¬ ределения требований к параметрам и характеристикам отдельных звень¬ ев оптикоэлектронной системы са¬ монаведения может быть обосновано применение следующего алгоритма (практики). Алгоритм действий Этап 1. Составление рабочего уравнения, устанавливающего в об¬ щем виде связь между сигнальными полями, помехами и шумами и яв¬ ляющегося обобщенным описанием алгоритма работы оптикоэлектронно¬ Рисунок 5.2 Обобщенная схема модели оптикоэлектронной системы самонаведения 1 Я ■ 409 1
го сенсора с учетом особенностей его структуры и критерия качества рабо¬ ты системы самонаведения. Этап 2. Представление входя¬ щих в это уравнение значений полез¬ ного сигнала, шумов и помех в виде функций параметров и характеристик излучателя, передающей системы, наблюдаемого объекта, среды рас¬ пространения сигнала, приемной системы. Этап 3. Решение развернутого уравнения относительно одного или совокупности нескольких входящих в него конструктивных параметров, ли¬ бо заданного критерия качества функционирования оптикоэлектрон¬ ной системы самонаведения. Этап 4. Выбор и расчет осталь¬ ных параметров, а также проверка выполнения условия, сформулиро¬ ванного или заданного на первом эта¬ пе расчета. Некоординатные характеристики объектов радиолокационного канала учитываются автоматически конкрет¬ ным выбором этих объектов для про¬ ведения моделирования. Для таких расчетов целесообразно использова¬ ние модели системы самонаведения, представляющей собой совокупность отдельных составляющих сигнала на входе системы в виде потоков, ярко¬ стей или облученностей, создавае¬ мых наблюдаемым объектов, фона¬ ми, помехами. В данном случае рас¬ сматривается возможность модели¬ рования сигналов на выходе матрич¬ ного фотоприемного устройства. Обобщенная схема пространственно¬ го размещения оптикоэлектронной системы и наблюдаемого объекта по¬ казана на рис. 5.3. I Оптическая система телевизионных и теп- ловизионных камер оптикоэлектронной Рисунок 5.3 Схема пространственного размещения оптикоэлектронной системы самонаведения и наблюдаемого объекта
системы самонаведения обеспечивает воз¬ можность проведения пространственной селекции излучения, поступающего на вход вдоль оптической оси и включающего из¬ лучения фона и помех, а также собственное излучение объекта наблюдения, которое в рассматриваемом случае представлено его энергетической яркостью 1^06. При использовании в оптико¬ электронной системе самонаведения матричного фотоприемного устройст¬ ва с большим числом фоточувстви- тельных элементов угловое поле оп¬ тического приемника разбивается на большое число (по числу чувстви¬ тельных элементов матрицы) элемен¬ тарных полей зрения Аа>э (телесных углов, стягиваемых чувствительным элементом дС2Э1у). В процессе моделирования ди¬ намики взаимного перемещения оп¬ тикоэлектронной системы самонаве¬ дения относительно объекта наблю¬ дения (цели) значения дальности до объекта /об и угла наблюдения объек¬ та 0Об изменяются во времени, а следовательно, будет изменяться и площадь пространства в районе цели, вырезаемая элементарным телесным углом дПЭ1у, угловое положение ко¬ торого относительно оптической оси оптикоэлектронной системы опреде¬ ляется углами 0об/ (в горизонталь¬ ной плоскости) и 0Обу (в вертикаль¬ ной плоскости), на рис. 5.3 эти углы объединены в один угол 0Об1у . При наличии цифровой модели цели с заданными ее координатными характеристиками в системе коорди¬ нат, связанной с целью, в процессе моделирования определяются те эле¬ менты цели, координаты которых пе¬ ресекаются с областью пространства Лову, координаты которой определя- ются величинами {/об, ©Qg, ©об,у}> а также область пространства, зани¬ маемая фоном, которая пересекается с областью ^об,у, но не принадлежит цели. С допустимой при моделирова¬ нии погрешностью можно принять, что предел углового разрешения объ¬ ектива соответствует угловому разме¬ ру элемента чувствительного слоя: даобу=д°эу> тогДа величина приближенно может определяться из выражения Л)6у ~Д ^об/c°s(#06 - @06у ) • (5 ■■ 1) Излучение, поступающее на вход оптического приемника системы са¬ монаведения, проходит через слой внешней среды, которая в диапазоне оптических длин волн оказывает су¬ щественное влияние на потери. По¬ этому при моделировании процесса функционирования матричного фото¬ приемного устройства также должно учитываться влияние среды распро¬ странения на принимаемые бортовы¬ ми камерами сигналы: толщина слоя, через который проходит оптическое излучение; метеорологические усло¬ вия, в которых функционирует опти¬ коэлектронная система; метеорологи¬ ческая дальность видимости и т.д. Результирующий коэффициент пропускания атмосферы рассчитыва¬ 411
ется с учетом молекулярного погло¬ щения смешанными газами С02, СО, N20, СН4, 02 и парами воды, аэро¬ зольного ослабления и молекулярного рассеяния. Данный коэффициент за¬ висит от длины волны, поэтому при получении результирующего значе¬ ния необходимо провести интегриро¬ вание по всему анализируемому диа¬ пазону. На рис. 5.4 и 5.5 показан характер изменения коэффициента пропускания атмосферы в диапазоне 3...14 мкм для влажности 100%, температуре окру¬ жающей среды 10 °С, угле наклона оптической трассы 15°, а также при различных значениях протяженности трассы и метеорологической дально¬ сти видимости. Тогда при выполнении условия равномерности КНД объекти¬ ва в пределах его углового поля зре¬ ния, сигнал на входе оптикоэлектрон¬ ной системы в пределах элементарно¬ го телесного угла дПЭ|у, равен (5.2) где Lcij(X) - суммарная энергетиче¬ ская яркость, объектов, находящихся в пределах элементарного телесного уг¬ ла дПэ/у, стягиваемого чувствитель¬ ным элементом, определяемая с уче¬ том спектральных соотношения для диапазона диафрагменное число объектива: К = f'lD\ /' - фо¬ кусное расстояние объектива; D - диаметр входного зрачка объектива. Схема всей системы может быть аналогична структурной схеме, пока¬ занной на рис. 5.6 [790]. Как правило, при анализе сигна¬ лов на выходе чувствительного эле¬ мента матричного фотоприемного устройства принимается, что их ам¬ плитуда есть результат усреднения сигналов по всей площади чувстви¬ тельного элемента АПщ (рис. 5.3). В процессе обработки сигнала sBxij {х>у)> в элементе матричного фо¬ топриемного устройства первона¬ чально происходит его свертка с функцией распределения чувстви¬ тельности по площади чувствитель¬ ного элемента guщ(х,у), обычно принимаемой постоянной в пределах его линейных размеров ах и ау. Двумерная передаточная функ¬ ция элементарного приемника (пре¬ образование функции распределения чувствительности элемента матрич¬ ного фотоприемного устройства 8пщ (х> У) относительно пространст¬ венных частот) с угловыми размерами «/ и «у, наблюдаемыми из центра вы¬ ходного зрачка по осям х (строки) и у (столбцы), в миллирадианах опреде¬ ляется как (5.3) Если размеры элемента матрич¬ ного приемника измеряются в линей¬ ных единицах, то для чувствительных элементов прямоугольной формы ах и ау передаточная функция определяет¬ ся выражением
Рисунок 5.4 Спектральное распределение коэффициента пропускания среды гср(Л) и интегральный ко¬ эффициент пропускания гср , для метеорологической дальности видимости 15 км, протя¬ женности оптической трассы соответственно: а - 5000 м; б - 500 м
414 Рисунок 5.5 Спектральное распределение коэффициента пропускания среды гср(А) и интегральный ко¬ эффициент пропускания гср , для метеорологической дальности видимости 5 км, протя¬ женность оптической трассы соответственно: а - 5000 м; б - 500 м
МФПУ ОЭС Рисунок 5.6 Схема одного фотоприемника оптикоэлектронной системы (вариант) Gm ifxfy) = sinc(axfx)1sinc(ayfy). (5-4) где fx(fy) - пространственные час¬ тоты в горизонтальной (вертикаль¬ ной) плоскостях соответственно. После операции свертки произ¬ водится перемножение полученного результата с функцией, учитывающей размеры чувствительного элемента и его местоположение в пределах мат¬ ричного фотоприемного устройства - г(х, у). Спектральное преобразование данной функции относительно про¬ странственных частот имеет вид (5.5) где ХЭ(УЭ) - периоды размещения чувствительных элементов на плоско¬ сти матричного фотоприемного уст¬ ройства соответственно по оси X(Y). В результате сигнал, поступаю¬ щий в систему считывания с выхода чувствительного элемента матрично¬ го фотоприемного устройства, без учета внутренних шумов, имеет вид а его пространственный спектр опи¬ сывается выражением При этом отношение сигнал/шум на выходе чувствительного элемента, для случая, когда внутренние шумы приемника преобладают над внешни¬ ми шумами, а также при выполнении условия (5. 1), равно
где D*(X) - удельная обнаружительная способность приемника; д/э - эф¬ фективная полоса пропускания шума; АЛ = Л1...Л2 - рабочий спектральный диапазон камеры системы самонаве¬ дения. Современные двумерные мат¬ ричные фотоприемные устройства со¬ стоят из структурированного фото- чувствительного слоя, электрически связанной с ним системы считывания и первичной обработки сигналов, об¬ разующихся на отдельных элементах при их облучении потоком, собирае¬ мым оптикоэлектронной системой самонаведения. В большинстве современных оп¬ тикоэлектронных систем самонаведе¬ ния «смотрящего» типа, к которым относится камеры большинства сис¬ тем самонаведения, используются матричные фотоприемные устройства с накоплением сигнала [790]. Каждый чувствительный элемент матричного фотоприемника присоединен к нако¬ пителю зарядов - емкости, обеспечи¬ вающей накопление зарядов от дан¬ ного элемента за промежуток tM ме¬ жду его опросами. Через усилители и мультиплексор сигналы передаются на электронный тракт, т.е. заряд на¬ копителей считывается через время /н. Если время смены изображения равно /к, а число элементов простран¬ ственного разрешения равно X*Y9 то тактовая частота мультиплексора /, = (X х У)ДК . Для матричного фото¬ приемного устройства tn<tK. При моделировании процесса функционирования отдельного эле¬ мента матричного фотоприемного устройства необходимо учитывать особенности взаимодействия его электрических звеньев для определе¬ ния его передаточной функции, а также их влияние на амплитуду сиг¬ нала, снимаемого с его выхода. По принципу считывания сигна¬ лов с отдельных элементов матрично¬ го фотоприемного устройства можно разделить на два класса: с последова¬ тельным переносом зарядов и с коор¬ динатной (произвольной) выборкой. Примерами первых являются схемы считывания сигналов на базе прибо¬ ров с зарядовой связью (ПЗС) - строчная, кадровая и строчно¬ кадровая, а вторых - матрицы на базе приборов с зарядовой инжекцией (или КМОП-датчики). В первом случае для обеспечения функционирования системы считыва¬ ния оптических сигналов использу¬ ются электронные ключи, триггеры и задающий генератор. Моделирование работы такой системы может быть осуществлено посредством модели поразрядного считывания информа¬ ции. Общим недостатком таких сис¬ тем является невозможность произ¬ вольной выборки сигналов с отдель¬ ных элементов приемника, смазыва¬ ние изображения из-за необходимо¬ сти пропускания зарядов через ячейки, на которых формируются другие «элементарные» заряды, а
также ухудшение разрешающей спо¬ собности при строчно-кадровом счи¬ тывании из-за необходимости разме¬ щать в плоскости изображения экра¬ нированные сдвиговые регистры. В случае применения схемы сис¬ темы считывания с координатной вы¬ боркой возможна адресная выборка чувствительного элемента. На рис. 5.7 показан вариант схемы матричного фотоприемного устройства с коорди¬ натной выборкой [790]. В рассматри¬ ваемом случае каждый элемент при¬ емника представляет собой совокуп¬ ность фотодиода (чувствительного элемента), емкости, накапливающей заряд и ключа, управляемого задаю¬ щим генератором. При замыкании ключа заряд с соответствующего эле¬ мента через предварительный усили¬ тель поступает в аналоговый мульти¬ плексор, осуществляющий выборку столбцов матрицы и передачу сигнала на вход аналого-цифрового преобра¬ зователя (АЦП). В результате в системе считыва¬ ния реализуется операция селекции сигналов, соответствующих элемен¬ тарным телесным углам, стягиваемых элементами матричного фотоприем¬ ного устройства и их последующее совмещение для реконструкции изо¬ бражения, поступающего на вход оп¬ тикоэлектронной системы самонаве¬ дения. Операции, выполняемые сис¬ темой считывания, могут быть описа¬ ны следующей функцией: (5.9) или ее пространственным спектром Элемент МФПУ Аналоговый мультиплексор -► АЦП Рисунок 5.7 Схема матричного фотоприемного устройства с координатной выборкой
Помимо этого, тип матричного фотоприемника определяется диапа¬ зоном принимаемых сигналов. Рассмотренный подход к моделированию процесса функционирования матричного фо¬ топриемного устройства позволяет форми¬ ровать оптические РЛХ целей, а также ана¬ лизировать сигналы на его выходе при изме¬ нении как параметров принимаемых сигна¬ лов с учетом условий их формирования и ха¬ рактеристик наблюдаемых объектов, так и основных параметров самой оптикоэлект¬ ронной системы самонаведения, а также ал¬ горитма обработки оптических сигналов. В результате, модель функцио¬ нирования оптикоэлектронной систе¬ мы самонаведения с матричным фо¬ топриемным устройством должна включать следующие модули: ■ модуль оптических РЛХ объекта наблюдения, фона и помеховых излучений; ■ модуль среды распространения оптического излучения; ■ модуль оптикоэлектронной сис¬ темы; ■ модуль матричного фотоприем¬ ного устройства. Моделирование процесса функционирования МАТРИЧНОГО ФОТОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА При моделировании имитируются па¬ раметры излучения двумерной области про¬ странства в районе цели, ориентация проек¬ ции которой нормальна к оптической оси матричного фотоприемного устройства. Границы данной плоскости определяются линейными размерами углового поля объ¬ ектива оптикоэлектронной системы на со¬ ответствующей дальности в двух ортого¬ нальных плоскостях. При наличии трехмер¬ ной модели цели должна обеспечиваться возможность проекции ее элементов на данную плоскость. В результате, плоскость области пространства в районе цели, как объект моделирования, включает двумер¬ ный массив ячеек, размеры которого опре¬ деляются количеством элементов изобра¬ жения (пикселей) исходного кадра. Коорди¬ наты элементов массива ячеек соответству¬ ют областям фона, подстилающей поверх¬ ности и непосредственно цели. В свою очередь, каждая ячейка, соответствующая области цели, содержит данные о темпера¬ туре, коэффициенте излучения соответст¬ вующей точки, а также об угле наклона этой точки поверхности относительно верти¬ кальной плоскости. В том случае, когда та¬ кие данные отсутствуют, возможна их ими¬ тация посредством статистического моде¬ лирования. Примеры исходных областей про¬ странства в районе цели, полученные в ви¬ димой и ИК-областях спектра, показаны на рис. 5.8 и рис. 5.9. Как видно из приведен¬ ных примеров, в качестве целей рассматри¬ ваются надводные объекты, в качестве под¬ стилающей поверхности - поверхность мо¬ ря, в качестве фона - область пространства над водной поверхностью. Учитывая, что при цифровой записи изображения каждый элемент изображения (пиксель) кадра представляется соответст-
Рисунок 5.8 Изображение надводной цели, полученное в видимом диапазоне спектра на удалении 2 км, угловое поле зрения 5° Рисунок 5.9 Изображение надводной цели, полученное в ИК-диапазоне спектра на удалении 5 км, угловое поле зрения 8° вующим значением цветовой гаммы или от¬ тенка серого, то в областях, соответствую¬ щих области фона, подстилающей поверх¬ ности и цели определяются предельные значения. Для областей фона и подстилаю¬ щей поверхности, помимо этого определя¬ ются средние значения и их стандартные (среднеквадратические) отклонения. Дан¬ ные области показаны на рис. 5.10. При моделировании предполагается, что полученные соотношения сохраняются при изменении параметров условий внеш¬ ней среды: температуры соответствующих областей и диапазона спектра, в котором имитируются проводимые измерения. В ре¬ зультате, области пространства в районе це¬ ли, как объекту моделирования дополни¬ тельно присваиваются следующие характе¬ ристики, представленные в структуре РЛХ для этой области: ■ значения температуры фона, подсти¬ лающей поверхности и максимальная температура участка цели; ■ область спектра, в котором формиро¬ валось цифровое изображение цели;
■ дальность получения изображения (если в качестве исходных данных ис¬ пользуется кадр, полученный с помо¬ щью фотокамеры); ■ тип подстилающей поверхности. Окна ввода указанных данных и при¬ мер вводимых характеристик внешней сре¬ ды и условий получения исходного изобра¬ жения показаны на рис. 5.11-5.12. Стати¬ стические характеристик распределения фона и подстилающей поверхности необхо¬ димы (при отсутствии их моделей) для мо¬ делирования ситуации, когда границы поля зрения оптикоэлектронной системы самона¬ ведения выйдут за границы исходного изо¬ бражения. Рисунок 5.10 Исходный кадр с изображением области пространства в районе объекта наблюдения, полученный в видимой области спектра на удалении 500 м, угловое поле зрения 5° Рисунок 5.11 Окно ввода характеристик объекта «Внешняя среда»
Рисунок 5.12 Окно формирования массива распределения уровней цвета цели, а также свойств (условий формирования изображения), присваиваемых объекту моделирования Поэтому в базе данных массив ячеек наблюдаемой области пространства содер¬ жит распределение значений уровней цвета цели, полученных после фильтрации исход¬ ного кадра, как показано на рис. 5.12, и пе¬ речисленных выше характеристик соответ¬ ствующих областей и условий получения исходного изображения. При переводе полученного исходного ИК-кадра в видимую область спектра, изо¬ бражение цели (оптические РЛХ) представ¬ ляется в следующем виде: наиболее темному участку кадра, соответствует наименьшая температура нагрева цели в кадре, значит, наименьшее значение уровня видеосигнала в соответствующем пикселе. При получении оптических РЛХ с помощью тепловизора, бо¬ лее нагретому участку корпуса также соот¬ ветствует более засвеченный участок кадра. Такой подход не в полной мере соответствует истинному распределению температур, но при соответствующей коррекции позволяет применять одно исходное изображение для анализа РЛХ для оптикоэлектронных систем самонаведения как видимого, так и ИК-диа¬ пазона оптического спектра. При моделировании функционирова¬ ния оптикоэлектронной следящей системы самонаведения в среде MATLAB с исполь¬ зованием инструментария SIMULINK объ¬ ект моделирования - область пространства в районе цели постоянно с соответствую¬ щими РЛХ находится в оперативной памяти и (при необходимости) может корректиро¬ ваться из других программ, с которыми со¬ прягается рассматриваемая модель. Помимо этого в оперативной памяти хранятся следующие начальные условия моделирования, необходимые для форми¬ рования сигналов оптикоэлектронной сис¬ темы самонаведения, исходя из известных РЛХ-объектов наблюдения и сцен: ■ условия наблюдения; ■ характеристики оптикоэлектронной системы самонаведения; ■ параметры матричного фотоприемно¬ го устройства. Структурное построение модели обес¬ печивает при необходимости сопряжение с
Рисунок 5.13 Укрупненная схема модели следящей системы с матричным фотоприемным устройством: ---* - линии связи через «Буфер обмена»: Ucc - управляющие сигналы следящей системы; Uco - сигналы коррекции пространственного положения носителя МФПУ; Pws - свойства объекта «Внешняя среда» внешними программными продуктами, в первую очередь разработанными в среде MATLAB, а также в среде VISSIM. Помимо этого, возможна компиляция модели из сре¬ ды MATLAB в среду C++. Укрупненная схема модели функцио¬ нирования следящей системы с матричным фотоприемным устройством показана на рис. 5.13 (аналогично [55]). В общем случае предполагается, что данная система может сопрягаться с более сложной системой, кото¬ рая обеспечивает моделирование простран¬ ственного перемещения оптикоэлектронной системы самонаведения, выбор и передачу точки или области пространства, в которую проводится наведение оптической оси моде¬ лируемой камеры оптикоэлектронной систе¬ мы самонаведения. Задача рассматриваемой модели состоит в моделировании сигналов на выходе оптикоэлектронной системы са¬ монаведения «смотрящего» типа с матрич¬ ным фотоприемным устройством при на¬ блюдении за целью с известными оптиче¬ скими РЛХ с учетом пространственного пе¬ ремещении ракеты или ракетоносца, на бор¬ ту которых установлены оптикоэлектронные РУК и/или система самонаведения. В том случае, когда такая возможность отсутству¬ ет, изменения пространственного положения носителя оптикоэлектронная система имити¬ руется в блоке Subsystem 1. Модель матричного фотоприемного устройства состоит из шести основных бло¬ ков и двух вспомогательных. Основные блоки ■ Ввод исходных данных моделирования. ■ Inp date - ввод и коррекция условий моделирования. ■ Subsystem 1 - блок анализа простран¬ ственного положения, динамики из¬ менения линейных и угловых коорди¬ нат системы самонаведения и оптиче¬ ской оси матричного фотоприемного устройства. ■ s_mfpu_cel - блок определения пара¬ метров излучения области простран¬ ства (формирования сигналов по из¬ вестным РЛХ), захватываемой полем зрения матричного фотоприемного устройства с учетом координатных характеристик цели, углов скрутки и пропускания атмосферы. ■ FPU signal - блок непосредственного моделирования работы матричного фотоприемного устройства. Сопрягаемые через «буфер обмена» программные продукты (модели)
■ System - блок формирования и анали¬ за сигналов на выходе матричного фо¬ топриемного устройства. Вспомогательные блоки ■ Блок ввода исходных данных, которые могут корректироваться в сопрягае¬ мых программных продуктах через буфер обмена. ■ scope cell - блок формирования матри¬ цы сигналов в пределах элементарных телесных углов дПЭ1у (рис. 5.3) на вхо¬ де элементарной площадки матричного фотоприемного устройства и ее визуа¬ лизация на двумерной плоскости. Блок ввода исходных данных моделирования Ввод исходных данных производится для задания исходных характеристики мо¬ делируемой оптикоэлектронной системы самонаведения, необходимых для оценки возможностей пространственной селекции, ввода характеристики матричного фотопри¬ емного устройства, а также условий наблю¬ дения и оптических РЛХ. Перечень исход¬ ных данных, задаваемых перед началом мо¬ делирования, показан на рис. 5.14 в окне ввода исходных данных. Определение ос¬ новных характеристик оптикоэлектронной системы самонаведения, необходимых для обеспечения процесса моделирования, про¬ изводится в соответствии с (5. 11)—(5. 15). Последовательность действий, выполняе¬ мых при определении пространственного взаимного расположения носителя следя¬ щей системы, элементарных полей зрения д£2э/у и точек области пространства в районе объекта наблюдения, иллюстрирует алго¬ ритм, приведенный на рис. 5.15. В соответствии с рис. 5.3, пространст¬ венная селекция излучения, поступающего на вход оптикоэлектронной системы самона¬ ведения, производится в пределах телесного угла дОоэс* который образуется в пределах углового поля объектива, величина которо¬ го в вертикальной плоскости равна Рисунок 5.14 Окно ввода характеристик оптикоэлектрон¬ ной системы самонаведения и начальных условий моделирования 2со = (2/nH/Z))sincrnH, (5.11) где /Пи - размер всего чувствительного слоя матричного фотоприемного устройства в вертикальной плоскости; а'ПИ - апертур¬ ный угол оптического приемника. При выполнении условия соответст¬ вия предела углового разрешения объектива угловому размеру элемента чувствительно¬ го слоя: указанные угловые величины и диаметр входного зрачка определяются из соотно¬ шений [790]: где d3 - размер элемента матричного при¬ емника; Аш~ - площадь элемента матрич¬ ного приемника с координатами / (номер строки) и / (номер столбца); Я - длина вол¬ ны принимаемого излучения; ka6 - коэф¬ фициент аберрации.
Начало RunJSimJVfFPU Рисунок 5.15 Алгоритм ввода исходных данных модели Блок ввода и коррекции условий моделирования Схема блока ввода и коррекции усло¬ вий моделирования - Inpdate показана на рис. 5.16. Назначение данного блока состо¬ ит в извлечении из оперативной памяти ис¬ ходных данных, введенных в предыдущем блоке и размещение их на входе модели оп¬ тикоэлектронной системы самонаведения. Рисунок 5.16 Блок Inp date
Для работы модели в рассматривае¬ мом блоке формируются потоки входных сигналов, соответствующих координатным характеристикам целей и системы самона¬ ведения, которые включают: ■ начальные координаты точки запуска модели, соответствующие начальному положению оптикоэлектронной сис¬ темы самонаведения относительно це¬ ли по дальности, горизонтальной, ме¬ жду носителем и объектом наблюде¬ ния - Д высоте над уровнем моря (подстилающей поверхностью) -Ни координате X, которой соответствуют координаты точек на плоскости, про¬ ходящей через продольную ось цели; ■ угловое положение оси системы само¬ наведения в трехмерном пространстве, связанном с целью: начальные углы тангажа - pitchO, рыскания - yawO и крена - rollO; ■ начальную скорость полета системы самонаведения (абсолютное значение). При сопряжении с другими програм¬ мами координатные характеристики систе¬ мы самонаведения могут корректироваться. Блок анализа пространственного по¬ ложения, динамики изменения линейных и угловых координат системы самонаведения и оптической оси матричного фотоприемно¬ го устройства. Блок Subsystem 1 (рис. 5.17) предназначен для моделирования простран¬ ственного перемещения оптикоэлектронной системы самонаведения и формирования исходных данных для пространственного совмещения областей в районе цели и про¬ странства, связанного с оптикоэлектронной системой самонаведения. Блок содержит модуль Subsystem (рис. 5.18), который предназначен для кон¬ троля начальных значений углового поло¬ жения продольной оси системы самонаве¬ дения и уточнения углов рассогласования между направлением на точку прицелива¬ ния (точку наведения на цели) и нормалью к плоскости цели, проведенной из точки про¬ странства, где находится матричное фото- приемное устройство. В рассматриваемой модели, положе¬ ние точки прицеливания определяется как при вводе исходных данных, так и постоян¬ но уточняется в процессе моделирования взаимного перемещения оптикоэлектронной системы самонаведения и цели. В качестве точки наведения выбирается точка, имею¬ щая максимальную энергетическую яр¬ кость. В состав модуля subsystem входит элемент, функционирование которого опре¬ деляется дополнительной функцией пользо¬ вателя среды «MATLAB». При выполнении этой функции реализуется процесс решения системы где а - угол рассогласования в вертикаль¬ ной плоскости; /? - угол рассогласования в горизонтальной плоскости; у - угол враще¬ ния определяется равным текущему крену корпуса носителя - pitch; HTm2LX(XTm^ - ко¬ ординаты точки прицеливания соответст¬ венно по высоте и по координате X, прохо¬ дящей параллельно продольной оси цели; DH (Нн Хн) - соответственно координаты центра масс матричного фотоприемного устройства, в системе координат цели. Эле¬ менты pitcho, yaw0 и roll0 предназначены для отображения начальных значений соответ¬ ствующих углов начального положения оп¬ тической оси матричного фотоприемного устройства. Кроме модуля Subsystem в состав мо¬ дели входит модуль DinamikaUg (рис. 5.19), предназначенный для формирования и отображения текущего изменения углового положения продольной оси матричного фотоприемного устройства в дискретные моменты времени t„; п - номер дискреты времени. В свою очередь, модуль Dinamika Ug состоит из однотипных по структуре элементов формирования при¬ ращений углов тангажа - pitch (рис. 5.20), рыскания - yaw и крена roll. 425 шит
Рисунок 5.17 Схема блока анализа пространственного положения, динамики изменения линейных и угловых координат носителя и оптической оси матричного фотоприемного устройства Рисунок 5.18 Модуль Subsystem 1
Рисунок 5.20 Схема элемента pith модуля DinamikaUg. Max_pitch и F_pitch соответственно - максимальное угловое отклонение, град; частота изменения угла, рад/с частота изменения соответствующих коор¬ динатных характеристик; атах (/?тах, утах) - максимальные значения угловых отклоне¬ ний в соответствующих плоскостях. Контроль текущих значений соответ¬ ствующих углов осуществляется при акти¬ визации элементов (мониторов) pitchdin, yaw din и rolldin (рис. 5.21). Модуль Koord cel (рис. 5.22) предна¬ значен для формирования массивов первых производных линейных и угловых координат носителя матричного фотоприемного уст¬ ройства, а также формирования на основе их интегрирования его текущих координат D, Я, X в системе координат, связанной с целью. Модуль Scope DHX обеспечивает ото¬ бражение текущих координат матричного фотоприемного устройства (рис. 5.23). При формировании текущих прира¬ щений угловых координат оси носителя реализуются математические выражения: (5.17) где а0 (Д), у0) начальные значения углового положения точки прицеливания соответст¬ венно в вертикальной, горизонтальной плоскости и плоскости, нормальной к про¬ дольной оси матричного фотоприемного устройства момент времени tn - 0; - Рисунок 5.19 Схема модуля Dinamika Ug
Рисунок 5.21 Текущие значения угловых отклонений оси носителя матричного фотоприемного устройст¬ ва в трехмерном пространстве, в радианах, продольной оси носителя матричного фотопри¬ емного устройства: а - угол тангажа; б - угол рыскания; в - угол крена
Рисунок 5.22 ИМ __ v - предназначен для выполнения операции умножения; элемент — выполняет операцию выделения абсолютного значения переменной)
> Г) Блок определения параметров излучения для оптических РЛХ 2000г 1900} 1600; 1400 Рисунок 5.23 Пример отображения текущих координат носителя матричного фотоприемного уст¬ ройства в системе координат, связанной с объектом наблюдения: a- D- дальность; б-Н- высота; в-X- координатаX Блок s mfpu cel представляет собой функцию среды MATLAB, для которой вход¬ ными переменными выступает массив значе¬ ний распределения цветовой гаммы, соответ¬ ствующих цели, свойства объектов «Про¬ странство в районе объекта наблюдения», «Внешняя среда», характеристик матричного фотоприемного устройства из «начальных ус¬ ловий», а также текущие значения линейных и угловых координат матричного фотоприемно¬ го устройства относительно цели. На выходе блока формируется матрица амплитуд сигна¬ лов на входе элементарных приемников мат¬ ричного фотоприемного устройства с учетом излучающих способностей фона, подстилаю¬ щей поверхности и цели. В данном блоке формируется матрица значений яркости LclJ число элементов кото¬ рой соответствует числу элементов матрично¬ го фотоприемного устройства. Значение Lcij определяется как суперпозиция яркостей эле¬ ментов корпуса и фона (помех), попадающих в элементарный телесный угол, стягиваемый чувствительным элементом - дПЭ|у : (5.18) где £у(Л, qtj) - коэффициент излучения об¬ ласти пространства, участки которого попа¬ дают в пределы элементарного ij-го поля матричного фотоприемного устройства; qtj - угол между осевой линией элементар¬ ного //-го поля матричного фотоприемного устройства и поверхностью в районе цели в пределах поля зрения оптикоэлектронной системы самонаведения. Если размеры одного элемента изо¬ бражения (пикселя) «Пространства в районе цели» меньше линейных размеров участка, вырезаемого элементарным ij-м полем мат¬
ричного фотоприемного устройства, то производится суммирование яркостей таких участков; Ту - средняя температура участ¬ ков «Пространства в районе цели», воспри¬ нимаемых элементарным ij-м полем мат¬ ричного фотоприемного устройства; С, = 3,7415Е14; С2 = 1,43879Е4. При определении коэффициентов из¬ лучения принимается для атмосферы £у(Л, д,у) = 1, для подстилающей поверхно¬ сти - поверхность моря, £у(Л) определяет¬ ся из зависимости, показанной на рис. 5.25. Учет углов qtj осуществляется посредством зависимости, показанной на рис. 5.26. В ре¬ зультате, для подстилающей поверхности и элементов корпуса цели коэффициент излу¬ чения определяется соотношением £,у(Л’ Яу)= £iM)ke(<li/)• При оценке влияния среды распро¬ странения оптических сигналов моделиру¬ ется влияние атмосферы на затухание опти¬ ческих сигналов. Получаемая на выходе блока smfpucel матрица входных сигналов в блоке scope cell преобразуется в изображение, соответствую¬ щее поступающей на вход оптикоэлектронной системы самонаведения «смотрящего» типа в зависимости от числа элементов матричного фотоприемного устройства (рис. 5.24,5.27). Блок моделирования работы матричного фотоприемного устройства В блоке FPUsignal моделируется влия¬ ние на принимаемые сигналы параметров оп¬ тикоэлектронной системы самонаведения, к которым следует отнести коэффициент про¬ пускания самой оптикоэлектронной системы т0, а также влияние ее диаграммы направлен¬ ности gonT (х, у) (компонента передаточной функции оптикоэлектронной системы) на сигналы, приходящие с различных угловых направлений. В модуле формируется линия гори¬ зонта (рис. 5.24), моделируется процесс функционирования матричного фотоприем¬ ного устройства с устройством считывания. Модуль, имитирующий в среде «МАТЬАВ» работу элемента матричного фотоприемного устройства с предваритель¬ ным усилителем, представлен на рис. 5.28. На выходе блока FPU signal формиру¬ ется массив сигналов, соответствующих по¬ следовательности сигналов, снимаемых с вы¬ хода матричного фотоприемного устройства. На рис. 5.29, 5.30 показан результат визуализации сигналов на выходе матрич¬ ного фотоприемного устройства размером 200x200 для различных дальностей. Рисунок 5.24 Визуализация массива сигналов на входе матричного фотоприемного устройства размером 200x200, получаемая при наблюдении объекта на дальности 1500 м
ке Рисунок 5.26 Нормированный коэффициент зависимости коэффициента излучения от угла наблюдения Рисунок 5.25 Спектральное распределение коэффициента излучения морской поверхности
Рисунок 5.27 Отображение объекта «Пространство в районе цели» на входе матричного фотоприемного устройства с дальности 100 м для матрицы размером: а - 65x65; б - 200*200 элементов 433
434 Рисунок 5.28 Схема элемента матричного фотоприемного устройства
Рисунок 5.30 Визуализация сигналов на выходе матричного фотоприемного устройства, полученных при наблюдении цели в условиях, соответствующих условиям рис. 5.27,6) Различная интенсивность сигналов подстилающей поверхности соответствует различ¬ ным углам наблюдения цели. Рисунок 5.29 Визуализация сигналов на выходе матричного фотоприемного устройства полученных при наблюдении цели в условиях, соответствующих условиям рис. 5.24
Блок формирования и анализа сигналов на выходе матричного фотоприемного устройства Блок формирования и анализа сигна¬ лов на выходе матричного фотоприемного устройства в рассматриваемом варианте модели является резервным. Он предна¬ значен для моделирования процесса селек¬ ции полезных сигналов на выходе матрич¬ ного фотоприемного устройства для обес¬ печения исходными данными элементов сопрягаемой модели следящих систем раз¬ личного типа. Выбор варианта построения КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ МОРСКОЙ НАДВОДНОЙ ЦЕЛИ ДЛЯ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Проанализируем условия и ре¬ зультаты наблюдения цели, осущест¬ вляемой оптикоэлектронной системой самонаведения. На конечном (под¬ летном к цели) участке полета на рас¬ стоянии прямой видимости цели (ближе 15 км) в процесс наведения на цель для анализа фоноцелевой обста¬ новки применяется оптикоэлектрон¬ ный канал. По мере приближения к цели геометрические размеры цели будут увеличиваться, будет возрас¬ тать детальность изображения цели и с определенного расстояния, завися¬ щего от размеров цели и условий на¬ блюдения, появляется возможность выполнить процедуру распознавания цели, ее элементов и произвести ее идентификацию. Идентифицировав цель, определив ракурс съемки и условия подлета к цели, на ко¬ нечном участке можно точно прицелиться в требуемую зону цели по ее изображению и данным полетного задания системы са¬ монаведения, т.е. подготовить избиратель¬ ное поражение цели. Как исключение, при наблюде¬ нии нескольких объектов, одновре¬ менно попадающих в зону прицели¬ вания, производится измерение рас¬ стояний до этих объектов, и измерен¬ ные значения расстояний сопостав¬ ляются с геометрическими размерами этих объектов на изображении зоны прицеливания, которое формируется оптикоэлектронной системой самона¬ ведения. Такая процедура позволяет уточнить объект прицеливания при наличии нескольких потенциальных наблюдаемых целей. Будем рассматривать вариант прицеливания при подлете к цели (на¬ пример, надводному кораблю) со сто¬ роны ее борта, поскольку такая ситуа¬ ция обеспечивается маневром на более раннем этапе ее полета. При такой си¬ туации комплекс автоматического анализа оптического изображения должен быть снабжен изображениями силуэтов кораблей - целей для систе¬ мы самонаведения. Эти изображения силуэтов есть объекты РЛХ (или неко¬ ординатных характеристик) целей.
Определив реальные условия наблюдения цели системой самонаведения, сформули¬ руем задачу построения модели цели - фактически ее РЛХ, обеспечивающей ав¬ томатический анализ оптического изобра¬ жения атакуемой цели, формируемого ис¬ ходя из конкретных условий подлета сис¬ темы самонаведения к цели. Модель опор¬ ного объекта (РЛХ) должна обеспечиваться силуэтом цели, геометрическими размера¬ ми цели, а также координатными характе¬ ристиками - данными о расстоянии от сис¬ темы самонаведения до всей цели и до от¬ дельных ее элементов. Выбор варианта построения модели ОПОРНОГО ОБЪЕКТА (СИГНАТУРЫ ОПТИЧЕСКИХ РЛХ) Рассмотрим некоторые варианты представления изображения 3-мерно¬ го объекта, используемые для извле¬ чения информации о форме этого объекта [574]. Варианты построения модели опорного объекта ш 2-мерный первоначальный эскиз. ■ 2,5-мерный эскиз. ■ 3-мерная модель. Простейший вариант модели объекта - 2-мерное изображение це¬ ли, наблюдаемой оптикоэлектронной системой самонаведения. Это 2-мер- ное изображение представляет собой центральную проекцию цели на кар¬ тинную плоскость, совпадающую с плоскостью мишени матричного фо¬ топриемного устройства. Элементом 2-мерного эскиза це¬ ли является некоторая точка - элемент изображения, значение яркости кото¬ рого задается при создании такого эс¬ киза объекта. Посредством такого элемента может быть создана только проекция 3-мерного объекта на кар¬ тинную плоскость. Оценивая 2-мерную модель с точки зрения информативности, отме¬ тим ее небольшую информативность, поскольку такая модель в общем слу¬ чае обеспечивает автоматический анализ оптического изображения ог¬ раниченной пространственной ин¬ формацией о взаимном расположении элементов цели и не обеспечивает ни¬ какой информацией о расстоянии ме¬ жду системой самонаведения и це¬ лью. Используя 2-мерное представле¬ ние модели цели, можно выявить гра¬ ницы отдельных областей элементов цели, определить прямолинейные и криволинейные структуры, зоны кон¬ трастных яркостных переходов и др. Этих данных, конечно, не достаточно для обеспечения возможности срав¬ нения модели и изображения при ав¬ томатическом анализе оптического изображения. Такой вывод будет справедлив даже при подлете к цели со стороны ее борта (т.е. когда в силуэт цели вхо¬ дит наибольшее число деталей), по¬ скольку 2-мерный первоначальный эскиз практически не обеспечивает данными о взаимном пространствен¬ ном расположении элементов цели (палубных надстройках, элементах
вооружения и др.). Изменение распо¬ ложения находящихся на палубе эле¬ ментов конструкции цели или разме¬ щение там маскировочных приспо¬ соблений может сильно исказить си¬ луэт корабля. 2,5-мерный эскиз модели - это двумерная проекция этого объекта, дополненная информацией о про¬ странственной ориентации поверхно¬ стей, составляющих объект, и о рас¬ стоянии от каждой точки объекта до наблюдателя. Иногда такую модель называют игольчатая карта или далъностная карта с распределением локальных нормалей к поверхности. Возможность таким образом представить наблюдаемую цель обес¬ печивается наличием дальномера в составе системы самонаведения или РУК. Используя получаемые комби¬ нированной системой данные, при ав¬ томатическом анализе оптического изображения выдается информация о размере и расположении в простран¬ стве элементов облучаемой цели, т. е. об объемных координатах элементов корабля. Информативности 2,5-мерного эскиза на¬ блюдаемой цели достаточно для обеспече¬ ния автоматического анализа оптического изображения данными о локальной ориен¬ тации поверхностей цели, оценкой рас¬ стояний от элементов цели до системы са¬ монаведения, размерами границ областей цели. Для сопоставления с 2,5-мерным эскизом наблюдаемой цели при авто¬ матическом анализе оптического изо¬ бражения должна быть представлена адекватная модель, в которой цель представлена проекцией на картин¬ ную плоскость. Пространственная ориентация элементов этой проекции и расстояние от этих элементов до центра проекции задаются в такой модели аналогично соответствую¬ щим параметрам эскиза наблюдае¬ мой цели. Элементом 2,5-мерного эскиза цели является некоторая элементарная плоскость, ориентация которой в про¬ странстве задается при создании тако¬ го эскиза объекта. Посредством тако¬ го элемента может быть создана про¬ странственная конструкция, состав¬ ленная из ориентированных опреде¬ ленным образом плоских фигур, на которые нанесены изображения (в общем случае) различных текстур. Такая пространственная конструкция задается в системе координат, начало которой совпадает с местом располо¬ жения наблюдателя. Возможность распознавания цели при на¬ личии 2,5-мерных эскизов цели и модели превышает возможность распознавания, выполняемого на основе сравнения 2-мер- ных изображений. Однако и такой метод представ¬ ления изображения 3-мерного объекта не может быть успешно применен для распознавания цели в силу следую¬ щих обстоятельств: ■ относительно невысокая (оценоч¬ ная) точность определения про¬ странственных координат элемен¬ тов цели, представленных, кроме того, в системе проективных ко¬ ординат с центром проекции, рас¬
положенным в точке нахождения системы самонаведения; ■ необходимость постоянного пе¬ ресчета координатных характе¬ ристик элементов модели по ана¬ логии с изменением координат соответствующих элементов эс¬ киза цели (поскольку система самонаведения постоянно пере¬ мещается относительно цели, ко¬ торая в общем случае тоже дви¬ жется). При использовании 2,5-мерного эскиза модели цели возникает допол¬ нительная трудность, которую следу¬ ет преодолевать при построении 2,5- мерного эскиза реальной наблюдае¬ мой цели. Эта трудность заключается в пространственно-временном со¬ вмещении изображения, формируемо¬ го различными информационными сенсорами, имеющимися в структуре системы самонаведения. Элементом 3-мерной модели це¬ ли является некоторый элементарный пространственный элемент, объемные размеры которого и его ориентация в пространстве задается при создании 3-мерной модели объекта. Наличие такого элемента позволяет создавать произвольные по форме и содержа¬ нию объекты, задаваемые, кроме того, в собственной системе координат. На первый взгляд, применение исключи¬ тельно 3-мерной модели цели в каче¬ стве опорной при наличии моноку¬ лярного оптикоэлектронного датчика нельзя признать целесообразным: по¬ пытка сравнить объемную фигуру и ее проекцию, формируемую оптико¬ электронным датчиком, не приведет к положительному результату. 3-мерная модель опорного объекта, постро¬ енная по законам компьютерной графики, может обеспечить комплекс автоматиче¬ ского анализа оптического изображения всей необходимой для распознавания цели координатной информацией как о всей це¬ ли, так и о ее отдельных элементах. Такую 3-мерную модель, постро¬ енную в системе координат модели, а не системы самонаведения, удобно использовать в качестве объекта сравнения с 2,5-мерным эскизом це¬ ли. Удобство заключается в том, что 3-мерную модель можно легко преоб¬ разовать в любую систему координат и затем использовать для сравнения с 2,5-мерным эскизом реальной цели. Современные средства компьютерной гра¬ фики (например, пакет прикладных про¬ грамм создания трехмерных моделей 3DStudioMax) обеспечивают построение сложного статического или динамического объекта, обеспечивая любую степень де¬ тальности его поверхностей. Кроме того, 3-мерная модель может быть построена, исходя из достаточной для сравнения с це¬ лью степени стилизации этой цели, т.е. на модели могут не располагаться небольшие, малоинформативные и малозаметные эле¬ менты конструкции корабля. Сопоставив рассмотренные ва¬ рианты представления 3D изображе¬ ния цели, используемые для извлече¬ ния информации о форме этого объ¬ екта, остановимся на варианте по¬ строения 3D опорной модели корабля для комплекса автоматического ана¬ лиза оптического изображения, фор¬ мируемого оптикоэлектронной систе¬ мой самонаведения.
Средства для построения 3D МОДЕЛИ ЦЕЛИ В настоящее время известно много различных алгоритмов и сис¬ тем компьютерной графики, позво¬ ляющих рассчитывать пространст¬ венные координаты элементов созда¬ ваемых объектов и формировать про¬ екции этих объектов на картинную плоскость [877, 344, 442]. Следует выделить спектральные методы, использование которых особенно перспек¬ тивно, поскольку за счет рационального выбора базиса появляется возможность достижения наибольшей вычислительной и функциональной эффективности алгорит¬ мов обработки. Однако необходимо учесть, что выбор базиса - сложная теоретиче¬ ская и прикладная проблема, во- первых, ввиду неограниченного мно¬ жества возможных систем базисных функций и, во-вторых, вследствие от¬ сутствия общей единой методики синтеза базисных функций, учиты¬ вающих особенности решаемых задач обработки и специфику технических средств для их реализации. Сущест¬ вующие методы синтеза систем ба¬ зисных функций используют различ¬ ные подходы и разнообразный мате¬ матический аппарат: дифференциаль¬ ное исчисление, процедуры ортогона- лизации Грама-Шмидта, теоретико¬ числовые представления сигналов, алгебраические структуры, матрич¬ ные преобразования. Применительно к оптикоэлектронным РУК и системе самонаведения из всего множества получаемых при этом базисных сис¬ тем особое значение сохраняют за со¬ бой синусоидальные (экспоненциаль¬ ные) функции. Изменяя основания систем счисления и выбирая различ¬ ные способы переупорядочения ба¬ зисных функций, можно получить широкое семейство полезных муль¬ типликативных ортонормированных базисных систем, для которых спра¬ ведливы все теоремы спектрального анализа и существуют эффективные быстрые процедуры вычисления спектра. Теоретический анализ и резуль¬ таты практической проверки боль¬ шинства приведенных в литературе алгоритмов и правил показал, что приемлемым вариантом реализации графических операций для решения поставленной задачи является приме¬ нение библиотеки Open GL [822], или воспользоваться пакетом прикладных программ создания трехмерных моде¬ лей 3D Studio Мах [714]. 440
Методика и технология построения ТРЕХМЕРНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ МОРСКИХ ЦЕЛЕЙ В настоящее время в основном сфор¬ мировалась новая отрасль информатики - машинная графика. Ее можно определить как науку о математическом моделировании геометрических форм и облика объектов, а также методов их визуализации. Интерес к синтезу изображений объясняется высокой информативностью последних. Информа¬ ция, содержащаяся в модели и изображе¬ нии, представлена в наиболее концентриро¬ ванной форме, и эта информация, как пра¬ вило, более доступна для анализа - для ее восприятия получателю достаточно иметь относительно небольшой объем специаль¬ ных знаний. Одним из направлений в машинной графике, непосредственно влияющим на технологию формирования оптических РЛХ, является разработка принципов и ме¬ тодов формирования реалистичных изо¬ бражений, т.е. изображений, которые могли бы наблюдаться визуально или регистриро¬ вались бы оптическими, фотографическими или оптикоэлектронными устройствами. При формировании реалистичных изобра¬ жений, являющихся объектами оптических РЛХ, может обеспечиваться передача всей совокупности изобразительных свойств: объемность, расположение предметов, по¬ лутона, цвет, текстура поверхности. Теоре¬ тические исследования последних лет были направлены как раз на разработку методов и средств отображения всей совокупности ха¬ рактеристик сюжетов в синтезируемом изо¬ бражении. Из систем машинной графики, обес¬ печивающих отображение динамических сюжетов, можно отметить три группы: сис¬ темы графического моделирования для на¬ глядного представления процессов; системы имитации динамических ситуаций (напри¬ мер, тренажеры); системы получения 2- и 3- мерных изображений. Для них требуется не только высокая точность моделей, но и вы¬ сокая производительность вычислительных средств. Системы машинной графики отображают отработанную информацию о процессах или объектах в виде синтезированного изо¬ бражения на экране дисплея. В отличие от фотографических, телевизионных, оптико¬ электронных и других аналогичных систем для систем машинной графики источником входной информации являются не сами фи¬ зические процессы или объекты, а модели. Эти модели в общем случае пред¬ ставляют упорядоченную совокупность данных, числовых характеристик, пара¬ метров, математических и логических за¬ висимостей, отображающих структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между элементами объекта, а также между объек¬ том и его окружением. Модели обычно яв¬ ляются обобщенными и предназначаются для описания определенного класса объек¬ тов. При вводе конкретных значений пара¬ метров система машинной графики на ос¬ нове модели синтезирует изображение и визуализирует его. Весьма существенное влияние на построе¬ ние модели оказывает требуемый уровень соответствия (подобия) синтезируемого изображения визуально наблюдаемой кар¬ тине или изображению, которое формиру¬ ется съемочной системой. В применении к трехмерной машин¬ ной графике физическое подобие означает, что' синтезированное изображение по ос¬ новным физическим характеристикам по¬ вторяет оригинал. Физическое подобие ус¬ танавливается на уровне трех групп харак¬ теристик: геометрических (пространствен¬ 441
ных), яркостных (энергетических) и вре¬ менных. Особенно привлекательным явля¬ ется применение результатов 3-мерного компьютерного моделирования в ситуации, когда необходимо точно исследовать и оце¬ нить какой-либо объект, получение натур¬ ных данных по которому представляется за¬ труднительным . Реализация возможностей компью¬ терного моделирования может быть достиг¬ нута на основе создания интерактивных ди¬ намических имитационных 3-мерных гра¬ фических моделей. При этом если при математическом моделировании главными требованиями к программному и техническому обеспече¬ нию обычно являются скорость и точность обработки информации, то при графиче¬ ском имитационном моделировании глав¬ ным требованием становится многообразие форм представления образов, способов мо¬ дификации их топологий, траекторий пере¬ мещения и внешнего вида. При применении 3-мерного моделирования открываются уникальные возможности су¬ щественного удешевления и ускорения процесса создания моделей потенциальных целей, тем более что получение натурных данных по ним если и возможно, то весьма затруднительно. На всех этапах проектирования ком¬ пьютерная модель может усложняться, до¬ полняться и совершенствоваться. Возможно представление целей в виде 3-мерных моде¬ лей, расположенных в объемной среде, с определением и визуальным представлени¬ ем высоты (глубины) объекта, привязкой к береговой черте побережья, фону воздуш¬ ной и морской поверхности. Формируется база данных с подробным графическим описанием обнаруженных объектов. Объекты (цели) представляются в виде 3-мерных геометрических моделей их на¬ ружного вида и размещения всех значи¬ мых систем, агрегатов, механизмов и ору¬ жия. Описания позволяют воспроизвести внешний вид объекта с набором характер¬ ных конструкционных классификацион¬ ных признаков. При этом особую значи¬ мость приобретает полнота исходных гра¬ фических описаний объектов и их насы¬ щения. Оцифрованные статические 3-мерные кар¬ тинки будут являться объектами динами¬ ческого имитационного и анимационного моделирования. Подразумевается использование трех¬ мерных моделей другими программами по обработке полученных данных для выделе¬ ния классификационных признаков объек¬ тов, сравнения «идеальных» моделей с ре¬ альными объектами и т.д. При этом сущест¬ венные требования предъявляются к воз¬ можностям программ обработки получен¬ ных трехмерных моделей. Хотя, как уже отмечалось, информационной базой здесь также будут геометрические модели объек¬ тов и их насыщения, дополненные «интел¬ лектуальной» реакцией моделирующей сис¬ темы на эти классификационные признаки. Важное значение имеет разработка демон¬ страционных трехмерных «видеороликов» для демонстрации широкому кругу экс¬ пертов возможных сценариев развития боевых ситуаций, а также поведение средств и систем обнаружения и класси¬ фикации целей в этих условиях с возмож¬ ностью их визуального анализа группами специалистов различного профиля и ква¬ лификации для выработки верных техни¬ ческих решений. 442
Обоснование необходимости применения ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ И ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ НАДВОДНЫХ ЦЕЛЕЙ В настоящее время все больше вне¬ дряются в практику кораблестроения мето¬ ды архитектурной защиты. Для снижения тепловой заметности корабля применяются специальные меры. Некоторые корабли не имеют дымовых труб в их традиционном представлении. Если для достаточно не¬ большого корабля - корвета газовыхлоп в корму или в спутный поток вполне тради- ционен, то для крупного фрегата такое ре¬ шение является не совсем обычным. Газовыхлоп в корму позволяет создать ус¬ ловия для размещения корабельной радио¬ электроники (нет воздействия газов) и ис¬ пользования корабельных летательных ап¬ паратов (нет разнотемпературных потоков воздуха при взлете и посадке), увеличить полезную площадь палубы и легко обеспе¬ чить охлаждение выхлопных газов заборт¬ ной водой, что позволит снизить аэродина¬ мический шум и тепловую заметность. Это требует увеличения длины газо¬ ходов, что ведет к увеличению объемов главной энергетической установки и ухудшает условия работы газотурбинного двигателя. Сегодня надводный корабль ос¬ тается источником мощного ИК-излучения, обусловленного, прежде всего, выделением тепла при работе корабельной энергетиче¬ ской установки. Эта особенность использу¬ ется в тепловых оптикоэлектронных систе¬ мах самонаведения противокорабельных крылатых ракет при коррекции на конечном участке траектории. Задача стрельбы по надводным морским целям противокора¬ бельными ракетами в районах интенсивного судоходства в общем виде состоит из трех этапов. Этап 1. Определение целей, по кото¬ рым необходимо нанести удар. Этап 2. Выбор возможных для пора¬ жения целей. Этап 3. Выбор на цели наиболее уяз¬ вимого места, попадание в которое прине¬ сет наибольший ущерб. К типовым целям следует отнести: 1) боевые надводные корабли, такие, как авианосец, крейсер, эсминец и т.д.; 2) над¬ водные суда, которые могут быть переобо¬ рудованы под носители различного воору¬ жения и перевозку войск; 3) в свете борьбы с терроризмом, те надводные объекты, ко¬ торые террористы могут использовать для проведения акций против пассажирских и транспортных судов и других целей. Водоизмещение, размеры, а в основном, архитектура боевых кораблей, в основном, существенно отличаются от пассажир¬ ских, транспортных и специальных судов. Если внешний вид гражданского судна полностью зависит от функционального назначения (танкер, паром, круизное суд¬ но, пароход и т.п.), то для боевого корабля на первое место выходит задача снижения заметности от различных систем обнару¬ жения и наведения оружия. В настоящее время одним из условий развития архитектуры кораблей является внедрение принципов архитектурной защи¬
ты, ведущих к снижению эффективной по¬ верхности рассеяния корабля. Основные методы архитектурной защиты [234, 725] ■ Проектирование кораблей с низким си¬ луэтом и сглаженной формой надстроек. ■ Устранение прямоугольных двугран¬ ных и трехгранных уголковых конст¬ рукций, применение «развала борта» и «завала надстройки». ■ Придание слабоотражающих форм элементам вооружения, создание вы¬ движных элементов вооружения и ан¬ тенных устройств. ■ Ликвидация мелких выступающих элементов корабельных конструкций на бортах и надстройках. Для избирательного поражения назначен¬ ной цели необходимо иметь соответст¬ вующее информационное обеспечение и снабдить оптикоэлектронную систему са¬ монаведения необходимыми исходными данными для высокоточного наведения, та¬ кими как РЛХ надводных объектов. Появление фотоприемных устройств в тепловизионных системах со сверхвысокой чувствительностью наряду с большими пер¬ спективами повлекло за собой и ряд трудных проблем. Одна из главных - распознавание морских целей на различных фонах. Пассив¬ ные оптикоэлектронные системы самонаве¬ дения не способны непосредственно оцени¬ вать дальность и скорость цели. Поэтому процедуры, позволяющие отличить сигналы реальных целей от сигналов ложных целей, создаваемых фоновыми структурами, оказы¬ ваются очень сложными и многоступенча¬ тыми. В них используется информация о форме и угловых размерах объектов, спек¬ тральном составе их излучения, траекторная динамика их угловых координат и т.д. Толь¬ ко такие сложные, многоступенчатые проце¬ дуры обработки сигналов, использующие как непременную часть базы данных о РЛХ це¬ лей и фонов, обеспечивают удовлетвори¬ тельный темп ложных тревог при заданной вероятности обнаружения. Кроме сложности процедур проблема усугубляется огромной величиной информационных потоков, по¬ ступающих с фотоприемного устройства. Типичная их величина составляет единицы гигабит в секунду. Факторы, затрудняющие оценку оптической заметности (оптических РЛХ) образцов вооружения и военной техники ■ Существенное влияние на технические, информационные и информационно¬ боевые показатели заметности большого числа характеристик и параметров внешних условий (атмосферы, земной поверхности, времени года, суток и т.п.), что требует получения большого объема данных о заметности целей. ■ Сложность и трудоемкость высоко¬ точного моделирования оптической заметности (оптических РЛХ) кон¬ кретных образцов вооружения и воен¬ ной техники (особенно в ИК-диапазо¬ не оптического излучения). Основные трудности получения тепловизионных изображений (оптических РЛХ) целей в реальных условиях ■ Зависимость съемки от времени года, времени суток, погодных и климати¬ ческих условий. ■ Получение тепловизионных изображе¬ ний (оптических РЛХ) только с «воз¬ можных» ракурсов, а не с необходимых. ■ Зависимость качества изображений от расстояния до цели. ■ Получение тепловизионных изобра¬ жений надводных целей аппаратурой, работающей в одном диапазоне длин волн, например фото - телевизионной, что значительно затрудняет формиро¬ вание эталонных изображений для ап¬ паратуры другого диапазона волн, на¬ пример ИК.
В этих условиях актуальным является применение идентификационных теплови- зионных портретов целей (оптических РЛХ), полученных с помощью трехмерных графических моделей кораблей. На современном этапе развития ко¬ раблестроения надводные корабли разных государств имеют очень схожие очертания и силуэты, за исключением таких специ¬ фичных кораблей как, например, авианос¬ цы. Исходя из этого, требования к разработ¬ ке систем обнаружения и классификации морских целей ужесточаются. В таких усло¬ виях на одно из первых мест при создании систем обнаружения и классификации вы¬ ходит наличие и возможность получения эталонных и классификационных величин, параметров и объектов [85, 89]. При создании систем обнаружения в оптическом диапазоне длин волн необхо¬ димо иметь достаточно большое количество натурных изображений (оптических РЛХ) или хорошие масштабные модели надвод¬ ных целей (также компоненты оптических РЛХ). В этой ситуации можно рекомендо¬ вать создание компьютерных трехмерных моделей кораблей и судов. Функционирование системы распо¬ знавания наземных и морских целей осно¬ вано на сопоставлении наблюдаемых теку¬ щих изображений с эталонами (оптически¬ ми РЛХ). В общем случае наблюдаемая или искомая цель может находиться в поле зре¬ ния телевизионной и/или тепловизионной систем самонаведения и РУК в произвольно ориентированном положении. Для дости¬ жения высокой надежности распознавания информационная платформа системы само¬ наведения должна быть снабжена банком большого числа оптических РЛХ каждого объекта, который может попасть в зону на¬ блюдения. Это обусловлено необходимо¬ стью сопоставления текущего изображения с эталонным изображением этого объекта, наблюдаемого под ракурсом, соответст¬ вующем реальному ракурсу съемки. Вариантом решения задачи обеспече¬ ния возможности формирования оптиче¬ ских РЛХ, наблюдаемых с произвольного ракурса, является осуществление в реаль¬ ном времени формирования на произвольно ориентированную картинную плоскость центральной проекции трехмерной компью¬ терной модели цели, размещаемой в ин¬ формационной платформе. Решение такой сложной вычислительной задачи в оптикоэлектронной системе само¬ наведения потребует использования спе¬ циализированного быстродействующего вычислителя. По этой причине такой вари¬ ант решения задачи формирования эталон¬ ного изображения в системе самонаведения следует пока считать нецелесообразным. Уменьшить нагрузку на информацион¬ ную платформу возможно путем отказа от применения специализированного быстро¬ действующего бортового вычислителя и снабжением в процессе распознавания целей соответствующей базы данных расширен¬ ным набором оптических РЛХ целей. Рас¬ ширенный набор оптических РЛХ целей мо¬ жет быть сформирован заранее до функцио¬ нирования оптикоэлектронной системы са¬ монаведения на основе трехмерных компью¬ терных моделей представляющих интерес целей, наблюдаемых с различных ракурсов. При этом оптические РЛХ формируются с определенным шагом изменения углов на¬ блюдения, и число таких оптических РЛХ может оставаться достаточно большим. Для удобства хранения и извлечения информации оптические РЛХ хранятся в информационной платформе в специально создаваемых базах данных. Подобным об¬ разом в нужный момент можно имитиро¬ вать в РУК или системе самонаведения практически любые координатные характе¬ ристики цели. Изъятие требуемой оптиче¬ ской РЛХ из баз данных в этом случае бу¬ дет осуществляться, исходя из курсовых па¬ раметров движения РУК или системы само¬ наведения и цели, а также высоты полета. Масштабирование эталонного изображения, т.е. трансформация оптических РЛХ в оп¬ тический сигнал, осуществляется с учетом
координатных характеристик, а проектов- ред сравнением с эталонным изображением ные искажения текущего изображения пе- компенсируются [565, 566]. Методика построения ТРЕХМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДЕЛЕЙ В общем случае трехмерная гра¬ фическая модель цели - это созданная при помощи трехмерного графиче¬ ского редактора форма представления реальной цели, использующая при построении трехмерные графические модели элементов насыщения и ото¬ бражающее форму, взаимное распо¬ ложение и взаимосвязь этих элемен¬ тов в графических образах. Алгоритм построения трехмерной графической модели Этап 1. Поиск и анализ черте¬ жей и фотоизображений элементов насыщения (для надводной цели - это артиллерийская установка, ракетная установка, антенны радиотехнических комплексов и т.д.). Набор чертежей и сборочный чертеж являются необхо¬ димым условием изготовления каче¬ ственной графической модели. При этом текстовые материалы являются вспомогательными для лучшего по¬ нимания чертежа. Этап 2. Построения трехмерных моделей элементов насыщения. Сле¬ дует отметить, что важным условием создания трехмерных моделей явля¬ ется формирование единой базы гео¬ метрических данных элементов на¬ сыщения и их моделей. Это позволяет использовать модели унифицирован¬ ных элементов насыщения для раз¬ личных целей, а также передавать мо¬ дели, разработанные в одной про¬ граммной среде в другую. Этап 3. Подготовка и анализ чертежей и других визуальных мате¬ риалов самой надводной цели. Важ¬ нейшим из них является теоретиче¬ ский чертеж корабля. Этап 4. Построение трехмерной модели всей цели (надводного кораб¬ ля), которое подразумевает создание модели корпуса, надстроек, корпусных конструкций и размещение на них не¬ обходимых элементов насыщения. Этап 5. Настройка моделей ис¬ точников освещения и подготовка моделей съемочных камер. Этап 6. Подготовка и назначе¬ ние материалов. На этом этапе произ¬ водится работа, обеспечивающая мо¬ дели визуальное правдоподобие, при¬ ближающее качество компьютерного изображения к реальному изображе¬ нию. При этом основное внимание при выборе материалов и текстурных карт необходимо сконцентрировать на том, какой конечный результат не¬ обходимо получить. Этап 7. Подготовка и примене¬ ние эффектов проявления внешней среды. В нашем случае, это отобра¬ жение водной поверхности, неба. Этап 8. Визуализация изобра¬ жения.
Для создания трехмерных графи¬ ческих моделей, как было отмечено выше, целесообразно использовать программу 3D Studio Мах. Это одна из лучших и наиболее популярных программ для моделирования трех¬ мерной компьютерной графики таких сложных технических объектов, как надводные корабли, имеющих слож¬ ные архитектурные формы. 3D Studio Мах позволяет создавать модели с высокой точностью, имеет огромные возможности по созданию необходи¬ мых материалов и правдоподобных эффектов проявления внешней среды. Кроме того, эта программа позволяет экспортировать полученные модели практически во все другие программы построения трехмерных графических моделей. Используя чертежи и схемы цели можно разместить на трехмерной графической модели в соответствующих местах тек¬ стурные карты, и получить изображения корабля с характерными отличительными признаками, используемыми при обнару¬ жении и классификации. Определение достаточности ЭЛЕМЕНТОВ НАСЫЩЕНИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЭТАЛОННЫХ МОДЕЛЕЙ (ОПТИЧЕСКИХ РЛХ) НАДВОДНЫХ ЦЕЛЕЙ Основным методом создания сис¬ темы исходных данных (оптических РЛХ) для формирования базы данных тепловой оптикоэлектронной системы самонаведения считается проведение экспериментальных исследований из- лучательных характеристик целей и фонов с использованием различных средств измерения. С учётом значи¬ тельного многообразия параметров окружающей среды и режимов наблю¬ дения, существующие и разрабаты¬ ваемые оптикоэлектронные системы самонаведения и РУК принципиально не могут обеспечить представитель¬ ную выборку экспериментальных дан¬ ных об оптических РЛХ заданного класса целей на различных фонах. Поэтому актуальными становит¬ ся задача физико-математического моделирования системы исходных данных и ее использование на этапах предварительной оценки эффективно¬ сти применения реальных и проекти¬ руемых оптикоэлектронных систем самонаведения и РУК. Это позволило бы существенно снизить материаль¬ ные затраты при разработке средств обнаружения в ИК-диапазоне. Отталкиваясь от схожести форм современных кораблей при электрон¬ ном моделировании, следует уделить внимание выявлению индивидуаль¬ ных классификационных признаков целей и оценке возможности их рас¬ познавания. К ним относятся антен¬ ные посты радиотехнических средств, пусковые установки противокора¬ бельных крылатых ракет, артилле¬ рийские установки и т.д. Это следует
сделать для того чтобы, во-первых, создать и разместить на модели эти основные классификационные эле¬ менты. Во-вторых, чрезмерно не ус¬ ложнить модель ненужными компо¬ нентами. Поэтому одной из важных задач при создании трехмерных ком¬ пьютерных моделей надводных ко¬ раблей для их использовании в ИК- диапазоне, а значит, и оптических РЛХ выступает определение доста¬ точности элементов насыщения. Основной элемент насыщения - корпус корабля. Если получить на матрице фотоприемника изображение проекции корпуса надводной цели, то, зная дистанцию до этой цели, можно определить размер цели и, следова¬ тельно, произвести предварительную классификацию. На более близких дистанциях решается задача оконча¬ тельной классификации. Взяв за основу матрицу размером 256x256 пкс, можно определить требова¬ ния по линейному разрешению для мор¬ ских целей различной протяженности, а также набор элементов насыщения, кото¬ рые влияют на «узнаваемость» цели [161]. Рассчитанные значения линейно¬ го разрешения приведены в табл. 5.1. Исходя их данных приведенной таблицы, можно для каждой надвод¬ ной цели исходя из решаемой задачи сформировать перечень элементов насыщения, необходимых при созда¬ нии трехмерной компьютерной моде¬ ли для оптических РЛХ. К классификационным призна¬ кам можно отнести, прежде всего, на¬ звание типа элемента насыщения, по которому возможно определить его размеры, и координаты его размеще¬ ния на корпусе корабля (табл. 5.2). Ниже приведены основные клас¬ сификационные и координатные при¬ знаки конструктивных особенностей кораблей основных классов и соот¬ ветствующих элементов насыщения эталонных моделей этих кораблей (табл. 5.3). Эти признаки являются компонентами сигнатур оптических РЛХ. Принимая за основу матричное фотоприемное устройство размером 512 строк по 512 элементов, можно сформулировать требования к эле¬ ментам насыщения трехмерных ком¬ пьютерных моделей морских целей по линейному разрешению, а также оп¬ ределить необходимый дисковый объем для хранения базы данных оп¬ тических изображений (оптических РЛХ) конкретной надводной цели на различных этапах наблюдения. Расчетные требования к разме¬ рам элементов насыщения при созда¬ нии объемных оптических РЛХ при¬ ведены в табл. 5.4. Данные табл. 5.4 позволяют сформировать для каждой надводной цели, исходя из решаемой задачи, перечень элементов насыщения, не¬ обходимых при создании трехмер¬ ной оптической РЛХ, т.е. требования к детализации модели. Это означает, что для задачи обнаружения фрегата трехмерная компьютерная его мо¬ дель (оптические РЛХ) может быть построена с использованием объем¬ ных примитивов с габаритными раз¬ мерами не менее 5,5 м, а для реше¬ ния задачи классификации размеры элементов насыщения должны быть 0,8 м.
Таблица 5.1 Требования по линейному разрешению для кораблей разных классов Объекты Действия Обнаружение Распознавание Грубая идентификация Точная идентификация Авианосец типа «Nimitz» 21,0 10,0 3,0 1,3 Крейсер типа «Ticonderoga» 7,0 4,0 1,5 0,7 Эсминец типа «Arleigh Burke» 6,0 3,0 1,2 0,6 Фрегат типа «Oliver Hazard Perry» 5,0 2,4 1,0 0,5 Боевой катер типа «Cyclone РС-1» 2,0 1,1 0,5 0,2 Десантный корабль типа «San Antonio LPD-17» 20,0 9,40 1,6 0,8 Таблица 5.2 Размеры элементов насыщения Тип Длина, м Высота, м Ширина, м АУ 3,9 2,9 2,6 АУ ПВО 1,5 3,6 1,6 Палубная надстройка 4,6 4,5 1,4 ЗРК 3,6 2,2 3,2 Примечание: АУ - артиллерийская установка; ПУ - пусковая установка; ЗРК - зенитно-ракетный комплекс. Таблица 5.3 Основные классификационные и координатные признаки Класс Авианосец Крейсер Эсминец Фрегат Боевой катер Транспортный корабль 1 2 3 4 5 6 7 Корпус Длина 332,9 172,8 153,8 137,0 58,0 246,0 Ширина 76,8 16,8 20,4 13,7 7,8 42,7 Высота 21,6 6,8 6,0 4,8 2,6 19,5 Надстройка Число сегментов 1 3 2 2 1 3 Координаты 202-21,6 51,0-6,8 44,0-6,0 41,0-6,0 16,0-2,1 83,0-19,5 Длина 24,0 12,0 33,0 11,0 20,0 24,0 Высота 16,2 12,0 12,0 7,8 3,0 6,0 Координаты 63,0-6,8 84,0-6,0 52,0-5,2 107,0-19,5 Длина 35,0 24,0 60,0 48,0
Высота Координаты Длина Высота Тип Координаты Тип Координаты Координаты Тип Координаты Тип Координаты Таблица 5.4 Предельные требования по линейному разрешению к элементам насыщения для кораблей разных классов (метров на элемент) Объекты Этап наблюдения Обнаружение (25 элементов) Распознавание (50 элементов) Идентификация (170 элементов) Авианосец 13,3 6,7 1,9 Крейсер 6,9 3,5 1,0 Эсминец 6,2 3,1 0,9 Фрегат 5,5 2,8 0,8 Боевой катер 2,4 1,2 0,3 Транспортный корабль 10,0 5,0 1,4 Соответственно, размер файла одного монохромного идентификаци¬ онного кадра оптического изображе¬ ния, полученного с помощью трех¬ мерной графической модели с качест¬ вом 256 уровней яркости для решения задачи обнаружения будет размером примерно 0,6 Кб, а для идентифика¬ ции - примерно 28 Кб (без информа¬ ционного сжатия). Экспериментальная проверка сформулированных требований к ко¬ личественным характеристикам ли¬ нейного разрешения элементов на¬ сыщения эталонных изображений морских целей подтвердили досто¬ верность полученных теоретических и расчетных результатов. 450 1
Разработка предложений ПО СОЗДАНИЮ ТРЕХМЕРНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ (ОПТИЧЕСКИХ РЛХ) При исследовании возможности соз¬ дания и использования трехмерных оптиче¬ ских РЛХ, например для обнаружения и классификации, требуется рассматривать не только процесс создания компьютерных моделей, но и состав базовых программных средств компьютерного моделирования, ор¬ ганизацию вычислительной сети и т.д. Уро¬ вень сервисных возможностей стандартных средств компьютерной графики, в конечном итоге, определяет качество разработки гра¬ фических моделей целей и их оптических РЛХ. Создание единой системы разработки гра¬ фических моделей целей в настоящее вре¬ мя представляет определенные трудности. Поэтому целесообразно раздельно задейст¬ вовать вычислительные ресурсы информа¬ ционных платформ и стандартных средств компьютерной графики при разработке графических моделей и создании информа¬ ционной базы и при использовании гото¬ вых программных продуктов. Исторически сложившимся языком описания проекта изделия на момент переда¬ чи его в изготовление является чертеж изде¬ лия - конечный результат проектирования изделия. При этом текстовые и иные мате¬ риалы являются вспомогательными для лучшего понимания чертежей. Следует от¬ метить, что технологический процесс изго¬ товления самого изделия очень важен при создании его трехмерной компьютерной мо¬ дели, так как позволяет лучше понять форму детали или объекта, расположение деталей в объекте, порядок сборки и взаимодействие деталей и т.д. Иногда процесс создания трехмерной графической модели объекта может полностью повторять технологию создания самого физического объекта. Хотя чертеж может и не появляться явно до са¬ мого конца процесса проектирования. С другой стороны, стандартные сред¬ ства компьютерной графики позволяют соз¬ давать не просто чертежи, а более полные и значимые 3-мерные геометрические модели проектируемого изделия для качественного анализа ситуаций. Под качественным ана¬ лизом, в данном случае, понимается визу¬ альная оценка местоположения и состояния цели, ее элементов с учетом их взаимного расположения для выработки полетных за¬ даний, вводимых в информационную плат¬ форму оптикоэлектронной системы самона¬ ведения. Основным объектом стандартных средства компьютерной графики является надводная цель с определенным набором классификационных признаков. Для стан¬ дартных средства компьютерной графики основными являются три группы данных: по цели, по элементам размещения и по элементам оформления. Создаваемый образ цели обладает большим количеством свойств и параметров, которые описаны в различных источниках, зачастую не совпадающие по своим числен¬ ным значениям. Исходя из этого, есть смысл организовать сбор и хранение разнообраз¬ ной информации о цели в одном месте. Под информацией о цели можно понимать чер¬ тежи цели и ее составных частей, схемы, фо¬ тографии, рисунки, текстовые описания цели и ее тактико-технические характеристики (рис. 5.31-5.35). Рисунки цели важны в том случае, когда корабль находится в стадии проектирования или строительства и фото¬ графические материалы по нему получить затруднительно. Кроме того, необходимо
Рисунок 5.31 Чертеж авианосца «Nimitz» Рисунок 5.32 Схема крейсера «Bunker Hill» 452
Рисунок 5.33 Фотографии авианосца «Carl Vinson» типа «Nimitz» {а) и крейсера «Bunker Hill» (б)
Рисунок 5.34 Рисунок фрегата «Horizon» Рисунок 5.35 Внешний вид (а) и разрез (5) фрегата «Oliver Н. Perry»
собирать и обобщать данные по всей но¬ менклатуре создаваемых образов целей. Структурирование всей имеющейся инфор¬ мации, организация доступа к ней, создание инструмента выборки необходимых данных и параметров будет уже представлять базу данных информационной платформы РУК и системы самонаведения. Проект характеризуется именем, на¬ бором данных и свойств. Для стандартных средства компьютерной графики геометри¬ ческая модель цели - это имя проекта и файлы с исходными данными по нему. На основе геометрической модели (файлов ис¬ ходных данных) формируется внутреннее представление геометрических данных. Од¬ ной из форм представления геометрической модели является графическая модель цели. Один и тот же проект (имя проекта) может иметь несколько графических моделей, в зависимости от внешней формы представ¬ ления и решаемой задачи. Графическая модель цели - это пред¬ ставление геометрической модели, исполь¬ зующее при построении данные по цели и трехмерные графические модели элементов насыщения и отображающее форму, взаим¬ ное расположение и взаимосвязь этих эле¬ ментов в графических образах. Под ото¬ бражением взаимосвязи элементов понима¬ ется, во-первых, отображение одним цветом элементов относящихся к одному функцио¬ нальному узлу; во-вторых, совместное пере¬ мещение всех элементов в графической мо¬ дели цели, относящихся к одной группе. Под группой элементов понимается совокупность связанных элементов. Эта связь проявляется в том, что при перемещении и вращении лю¬ бого элемента группы перемещаются и вращаются все элементы группы. Следующим основным объектом про¬ екта является элемент насыщения. Элемент насыщения - это подсистема, механизм аг¬ регат, т.е. объект, имеющий существенное влияние на характеристики всего комплекса и используемый для качественного визу¬ ального анализа состояния цели в целом. Элемент насыщения характеризуется име¬ нем, набором данных и свойств, то есть это его некоординатная характеристика, кото¬ рая становится компонентом оптической РЛХ цели. Элементы насыщения могут иметь различную графическую форму пред¬ ставления (различные графические модели) и разные способы построения. Следует отметить, что необходимым услови¬ ем создания трехмерных моделей является формирование единой базы геометрических данных элементов насыщения (в дополнение к базе данных по самим создаваемым целям). Это позволяет использовать графиче¬ ские модели унифицированных элементов насыщения для разных целей, а также пере¬ давать графические модели целей, разрабо¬ танные в одной программной среде в другую (например, AutoCAD, 3DStudioMax). Эти ба¬ зы данных могут быть взаимосвязаны, что позволит, рассматривая цель, получить ин¬ формацию о входящих в ее состав компонен¬ тах и элементах насыщения. Графическая форма представления сигнатуры РЛХ разли¬ чается детальностью проработки модели и формообразующими примитивами (каркас, поверхности, твердые тела и т.п.), а также свойствами примитивов (цвет, толщина ли¬ ний, густота сетки и т.п.). Трехмерный графический образ эле¬ мента - это представление внешнего вида трехмерной графической модели элемента на экране монитора с разных точек зрения в реальном времени. В дальнейшем будем различать трехмерный графический образ элемента и трехмерный графический образ элемента насыщения. Двумерный графиче¬ ский образ элемента - это статичное ото¬ бражение вида трехмерной графической модели элемента на устройство вывода под заданной точкой зрения. Элемент насыщения - пусковая уста¬ новка противокорабельного ракетного ком¬ плекса надводного корабля. В библиотеке элементов могут храниться одновременно несколько трехмерных графических моде¬ лей ракетной установки с разной степенью проработки деталей. —1 ■ 455
На рис. 5.36 приведен пример типово¬ го элемента насыщения - пусковая установ¬ ка противокорабельного ракетного ком¬ плекса «Нагрооп», которая устанавливается на надводных кораблях различных классов иностранных государств. Графическая фор¬ ма представления различается детально¬ стью проработки модели и формообразую¬ щими примитивами. Конкретная форма представления элемента и способ его по¬ строения определяют трехмерную графиче¬ скую модель элемента насыщения. Пред¬ ставление трехмерной графической модели элементов в графической форме (рис. 5.37), отображаемой на устройстве вывода, можно назвать графическим образом элемента. Рисунок 5.36 Пусковая установка противокорабельного ракетного комплекса «Нагрооп» Следует отметить, что трехмерная графическая модель - это более широкое понятие, чем трехмерный графических об¬ раз. Она может включать и такие представ¬ ления элемента, которые нельзя просмот¬ реть немедленно. Например, параметриче¬ ская программа. Она также представляет собой форму представления геометрии, но сама геометрия не может быть увидена до конца работы программы. Напротив, гра¬ фический образ - это файл графического формата, и он может быть просмотрен в любое время. Трехмерная графическая модель пусковой установки ракетного комплекса может быть загружена отдельно и просмотрена со всех сторон в реальном времени. Двумерный гра¬ фический образ, как правило, формируют для фиксации и сохранения какого либо удачного вида с тонированными поверхностями. Дву¬ мерный графический образ может представ¬ лять собой какой-либо вид трехмерной гра¬ фической модели пусковой установки ракет¬ ного комплекса, но со скрытыми формообра¬ зующими линиями, или тонированный вид, или фотореалистичный вид с фактурными материалами на поверхностях. Чертеж пусковой установки ракетно¬ го комплекса (рис. 5.38) будет отличаться от двумерного графического образа тем, что на поверхностях не будет формообра¬ зующей сетки (требование стандартов) и, в то же время, он будет закрывать собой элементы, стоящие за ним в графической модели корабля. Проект цели предназначен для фикса¬ ции и оценки рассчитанных данных по це¬ ли, фиксации данных полученных на этапе использования современных средства ком¬ пьютерной графики и передачи этих данных для последующего использования в дина¬ мических моделях. Проект надводного ко¬ рабля характеризуется именем проекта (сигнатурой), входным и выходным набо¬ ром данных и свойствами. Элемент предназначен для фиксации и оценки геометрических характеристик цели и им может быть прибор, устройство, кон¬ структивный элемент. Внешний вид эле¬ мента насыщения, как правило, известен за¬ ранее (по эскизам, каталогам) и формирует¬ ся до начала построения графической моде¬ ли цели. Элемент характеризуется именем, набором данных и свойствами. Набор данных
Рисунок 5.37 Трехмерная графическая модель пусковой установки противокорабельного ракетного комплекса «Нагрооп», как элемент насыщения, построенная при помощи программы 3D Studio Мах Рисунок 5.38 Трехмерная графическая модель пусковой установки противокорабельного ракетного комплекса «Нагрооп», установленная на крейсере «Bunker Hill»
по элементу находится в библиотеке совре¬ менных средства компьютерной графики и содержит информацию по внешнему виду элемента и может содержать дополнитель¬ ную информацию по параметрическому формированию геометрии элемента, по взаимосвязи с другими элементами и дру¬ гую информацию необходимую для по¬ строения и оценки элемента. Данные по формообразованию элемента насыщения, его габаритам, местоположению и ориентации находятся в файле данных про¬ екта корабля. Свойства элемента насыщения фиксируются именем, формой, габаритными размерами, местоположением, ориентацией, связью с другими элементами, атрибутами. Трехмерная графическая модель эле¬ мента предназначена для хранения формы представления, способа построения и свойств элемента и соответственно характе¬ ризуется именем, формой представления, способом построения и свойствами. Имена трехмерных графических моделей элемен¬ тов соответствую именам самих элементов. Трехмерная графическая модель мо¬ жет быть программой на одном из языков программирования, может быть фрагмен¬ том исходных данных (например, данные по таблице состава о формообразовании дина¬ мического элемента) или непосредственно графическим файлом. Свойства трехмерных графических моделей в виде программы обеспечивают: ■ построение формообразующих по¬ верхностей элемента по заданным па¬ раметрам; ■ параметрическую привязку местопо¬ ложения и ориентации данного эле¬ мента относительно других элементов; ■ параметрическое редактирование формы элемента, его местоположения и ориентации; ■ возможность сохранения в виде трех¬ мерного графического образа; ■ возможность ввода значений парамет¬ ров различными способами: ввод в диалоге, выбор и ввод строки таблицы значений параметров, выбор и ввод в диалоговом окне, программная пере¬ дача значений параметров в виде фай¬ ла данных. Свойства трехмерных графических моделей в виде графического файла совпадают со свой¬ ствами соответствующего трехмерного гра¬ фического образа, так как в этом виде трех¬ мерный графический образ и трехмерная графическая модель совпадают и их свойства выявляются с помощью трехмерных графи¬ ческих образов. Трехмерный графический образ элемента предназначен для визуально¬ го (или программного) анализа геометрии и свойств элемента и его редактирования. Трехмерный графический образ пред¬ ставляет графический файл в формате гра¬ фического редактора. Трехмерный графиче¬ ский образ формируется либо непосредст¬ венно средствами редактора (его приложе¬ ниями), либо конкретной графической реа¬ лизацией трехмерной графической модели элемента. Сюда следует отнести визуализа¬ цию динамического элемента элементарны¬ ми телами на основе исходных данных или визуализацию результатов параметрической программы построения элемента. Трехмер¬ ный графический образ характеризуется сво¬ им именем и графическим файлом. Имена трехмерных графических образов элементов соответствуют именам самих элементов в полном соответствии наделения сигнатурами тех или иных составляющих модели. Основные особенности трехлгерных графических образов элементов ■ Различная степень детализации прора¬ ботки деталей трехмерного графическо¬ го образа элементов (соответственно получаются разные трехмерные графи¬ ческие образы элементов). Она может быть высокая, средняя, низкая. Высокая степень детализации дает наилучшее представление о внешнем виде элемен¬ та, но требует больших ресурсов ком¬ пьютера; низкая степень детализации экономит ресурсы компьютера, позво¬
ляя эффективнее работать с трехмерным графическим образом в целом. ■ Вариантность конструктивных прора¬ боток. ■ Различные формообразующие прими¬ тивы (соответственно получаются разные трехмерные графические обра¬ зы элементов), в том числе каркасные, поверхностные, твердотельные. ■ Соответственно предыдущей отме¬ ченной особенности, получаемые трехмерные графические образы име¬ ют различные свойства для программ¬ ного и визуального анализа: ■ Различные параметры формообразо¬ вания (сглаженность, густота сети, па¬ раметры сплайнов, точность и т.п.). ■ Различные свойства формообразую¬ щих примитивов (толщина линий, цвет, тип линий и т.п.). ■ Различные физические свойства трех¬ мерного графического образа (масса). ■ Возможность преобразования в другие формы представления (например, скрытие формообразующих сетей). ■ Возможность присвоения трехмерно¬ му графическому образу атрибутов (текст, данные в формате базы дан¬ ных) соответствующих атрибутам трехмерной графической модели или своих собственных. ■ Возможность получения информации по свойствам элемента. ■ Возможность графического отображе¬ ния свойств трехмерной графической модели (формы, габаритных размеров, местоположения, ориентации, связи с другими элементами). ■ Возможность автоматического форми¬ рования чертежей элементов на основе их трехмерных графических образов. Двумерный графический образ элемен¬ та предназначен для фиксации конкретного вида элемента с заданной точкой зрения и внешним представлением. Он формируется для визуальной его оценки, самостоятельно¬ го хранения и использования (просмотр в то¬ нированном виде, вставка в отчетные доку¬ менты, рекламные материалы, графические базы данных как этикетки элементов и т.п.). Двумерный графический образ формируется на основе трехмерного графического образа путем выбора требуемой точки зрения (па¬ норамирование, увеличение, поворот), зада¬ нием формы представления поверхностей (скрытые линии, тонированные поверхности, текстурные поверхности) и сохранением в одном из графических форматов (векторном или растровом). Двумерный графический образ характеризуется именем, соответст¬ вующим имени самого элемента, графиче¬ ским файлом и свойствами. Возможности двумерного графического образа элемента ■ Сохранение заданного внешнего вида элемента. ■ Сохранение в различных графических форматах: в векторном (DWG, CDR, WMF) и растровом (GIF, TIFF и др.). Выбор графического формата опреде¬ ляется способом последующей обработки двумерного графического образа элемента. Чертеж элемента предназначен для графи¬ ческого отображения двумерного графиче¬ ского образа элемента в чертежах комплек¬ са. Соответственно, чертеж элемента харак¬ теризуется именем и свойствами. Основные качества чертежа элемента ■ Отсутствие поверхностно образующей сетки на графическом образе элемента. ■ Непрозрачность чертежей элементов. ■ Возможность получения на каждый эле¬ мент столько чертежей, сколько плани¬ руется получить видов (разрезов) проек¬ та комплекса в отчетных документах. ■ Автоматичность формирования чер¬ тежей элементов на основе трехмер¬ ного графического образа элемента (с отсутствием или минимальной ручной доработкой вида). ■ Ассоциативная связь чертежа элемен¬ та с трехмерным графическим образом элемента. Последнее качество означает, что если в трехмерный графический образ вносятся Ш 459
изменения, они автоматически отражаются и на чертеже элемента и, наоборот, измене¬ ния в чертеже отражаются и на трехмерном графическом образе элемента. Графическая модель цели характери¬ зуется именем, набором данных и свойст¬ вами. Имя графической модели цели соот¬ ветствует проекту. Набор данных по графи¬ ческой модели цели включает в себя графи¬ ческий файл, текстовый файл описания и файл данных по новой структурной схеме (схема размещения и оформления). Основные свойства графической модели цели ■ Адекватное отображение спроектиро¬ ванной геометрии цели (приборов, элементов размещения); в графиче¬ ской модели цели, построенной непо¬ средственно по исходным данным, должны быть отображены: - трехмерный графический образ ком¬ плекса (приборов), представленный поверхностями; - трехмерные графические образы эле¬ ментов насыщения, представленные в виде элементарных тел (по таблице состава); - трехмерные графические образы должны графически точно отображать взаимное расположение элементов на¬ сыщения, заданный цвет, ориентацию и габаритные размеры. ■ Возможность многовариантной фор¬ мы представления элементов: габаритными параллелепипедами; - элементарными телами; - трехмерными графическими образами, построенными параметрической про¬ граммой; - трехмерными графическими образами, взятыми из типового набора библио¬ тек графических объектов. ■ Возможность многовариантных спо¬ собов построения и вставки элементов в графическую модель цели: - непосредственная программная встав¬ ка выбранного трехмерного графиче¬ ского образа элемента (по исходным данным); - программное формирование и вставка 3-мерного графического образа элемен¬ тов в графическую модель цели с при¬ вязкой (или без) к другим элементам; - программная вставка типовых загото¬ вок размещения трехмерного графиче¬ ского образа элементов; - «ручная» вставка трехмерных графи¬ ческих моделей элементов. ■ Возможность управления видимостью отдельных трехмерных графических образов элементов и групп без удале¬ ния его из графической модели цели. ■ Возможность представления графиче¬ ской модели цели с различных точек зрения. ■ Возможность наложения и визуализа¬ ции взаимосвязи элементов (в частно¬ сти, объединение трехмерных графи¬ ческих объектов в группы). ■ Возможность редактирования взаим¬ ного расположения и ориентации эле¬ ментов (с заданными ограничениями). ■ Возможность динамического измене¬ ния формы представления внешнего вида трехмерного графического объ¬ екта элемента. Форма представления трехмерного графического объекта элементов в графиче¬ ской модели цели может быть настроена за¬ ранее (до начала построения графической модели цели), а может изменяться и в про¬ цессе работы. Трехмерные графические образы элементов могут быть независимы от других в графи¬ ческой модели цели, а могут иметь нало¬ женные связи, определяющие поведение трехмерного графического образа элемента при изменении его местоположения, могут при этом определять его форму, размеры и ориентацию (в зависимости от трехмерных графических образов других элементов). В соответствии с группами и комплек¬ сами элементов командного комплекса
управления трехмерными графическими образами элементов также могут быть объ¬ единены в трехмерные графические образы групп и трехмерные графические образы комплексов, с целью графической интер¬ претации этих объектов в графической мо¬ дели цели. Соответственно, трехмерные графические образы группы элементов со¬ ставляют совокупность однотипных трех¬ мерных графических образов элементов, формирующихся в графической модели це¬ ли раздельно, но имеющих смысл в графи¬ ческой модели цели как единое целое, и при редактировании графической модели цели они должны вести себя как единое целое. Трехмерные графические образы комплек¬ сов элементов составляют совокупность трехмерных графических образов элемен¬ тов, объединенных общей решаемой зада¬ чей и имеющих один цвет. Библиотека предназначена для упоря¬ доченного хранения и работы с трехмерными графическими моделями, и чертежами эле¬ ментов. Библиотека характеризуется объек¬ тами, которые в ней хранятся и свойствами. Объекты библиотеки ■ Элемент комплекса (имя, кодовое обо¬ значение, ссылки на формы представ¬ ления, описание свойств). ■ Трехмерные графические образы эле¬ ментов (графический файл в формате DWG или МАХ). ■ Чертежи элементов (графический файл в формате DWG или МАХ). ■ Трехмерные графические модели в виде параметрических программ (LISP, С-программы). ■ Трехмерные графические модели эле¬ ментарных тел (параметрические про¬ граммы). ■ Двумерные графические образы эле¬ ментов (в виде слайдов - формат SLD). ■ Текстовые файлы, относящиеся к эле¬ ментам. ■ Общая библиотека - библиотека, со¬ держащая все объекты библиотеки. ■ Библиотека проекта - библиотека с объ¬ ектами библиотеки, относящимися к конкретному проекту. Формируется ко¬ пированием разделов общей библиотеки. Свойства библиотеки ■ Способность осуществлять сервисные функции по работе с объектами биб¬ лиотеки (поиск, переименование, ко¬ пирование и т.п.). ■ Способность связывать разные объек¬ ты библиотеки с объектом современ¬ ных средств компьютерной графики (например, элемент размещения в библиотеке связан с соответствующи¬ ми трехмерными графическими моде¬ лями, двумерные графические образы, чертежами этого элемента). ■ Способность накладывать связи меж¬ ду объектами библиотеки. ■ Способность поддерживать синони¬ мию имен (один объект библиотеки может иметь несколько разных имен). ■ Способность изменять свойства объ¬ екта библиотеки. ■ Доступность к разделам библиотеки (ограничение по возможности удале¬ ния, добавления и редактирования объектов библиотеки). В общем случае, трехмерная графическая мо¬ дель цели - это созданная при помощи трех¬ мерного графического редактора форма представления реальной цели, использующая при построении трехмерные графические мо¬ дели элементов насыщения и отображающая форму, взаимное расположение и взаимо¬ связь этих элементов в графических образах. При использовании видеофайлов по¬ требуется написание программы способной получать из видеоизображений по опреде¬ ленным входным данным то изображение, которое соответствует точке наблюдения. Применение трехмерных графических це¬ лей является удобным и перспективным при разработке процедур распознавания, позволяющее формировать образы надвод¬ ных целей любой сложности и детальной
проработки, выделять характерные призна¬ ки, регистрируемые системой самонаведе¬ ния, досконально анализировать получен¬ ные изображения, исключать необходи¬ мость использования дорогостоящего обо¬ рудования и больших временных затрат на производство реальной съемки. В результате проведенных исследова¬ ний, анализа и обработки различных тек¬ стовых и графических материалов, а также практического построения трехмерных гра¬ фических моделей сформированы и про¬ должают наполняться два банка данных: ■ банк элементов насыщения; ■ банк надводных кораблей. Банк данных трехмерных моделей НАДВОДНЫХ ЦЕЛЕЙ Принимаем, что банк данных эле¬ ментов насыщения трехмерных графиче¬ ских моделей систем и комплексов воо¬ ружения состоит из следующих элемен¬ тов: ■ артиллерийская установка «Oto Melara»; ■ пусковая установка ПКРК «Нагрооп»; ■ пусковая установка ЗРК «Sea Sparrow»; ■ артиллерийская установка Мк-45; ■ пусковая установка ЗРК RAM; ■ антенный пост РЛС AN/SPS-49; ■ антенный пост РЛС AN/SPS-67; ■ антенный пост РЛС SMART-L и др. На рис. 5.39-5.46 приведены трехмер¬ ные графические модели элементов насы¬ щения, созданные при помощи программы 3D Studio Мах. Соответственно, банк трехмерных графических моделей боевых надводных кораблей иностранных государств включает в себя, представленные на рис. 5.47-5.54 следующие объекты: ■ авианосец «Nimitz»; ■ крейсер «Bunker Hill»; ■ эсминец «Arleigh Burke»; ■ эсминец «Oscar Austin»; ■ фрегат «Oliver H. Perry»; ■ фрегат «La Fayette»; ■ фрегат «Sachsen»; ■ фрегат «Horizon». Рисунок 5.39 Трехмерная графическая модель артиллерийской установки «Oto Melara»
Рисунок 5.40 Трехмерная графическая модель пусковой установки пусковой установки противокорабельного ракетного комплекса «Нагрооп» Рисунок 5.41 Трехмерная графическая модель пусковой установки зенитно-ракетного комплекса «SeaSparrow»
Рисунок 5.42 Упрощенная трехмерная графическая модель артиллерийской установки Мк-45 Рисунок 5.43 Упрощенная трехмерная графическая модель пусковой установки зенитно-ракетного комплекса RAM 464
Рисунок 5.44 Упрощенная трехмерная графическая модель антенного поста радиолокационной станции AN/SPS-49 Рисунок 5.45 Упрощенная трехмерная графическая модель антенного поста радиолокационной станции AN/SPS-67
Рисунок 5.46 Упрощенная трехмерная графическая модель антенного поста радиолокационной станции SMART L Рисунок 5.47 Трехмерная графическая модель авианосца «Nimitz»
Рисунок 5.48 Трехмерная графическая модель крейсера «Bunker Hill» Рисунок 5.49 Трехмерная графическая модель эсминца «Arleigh Burke» 467
Рисунок 5.50 Трехмерная графическая модель эсминца «Oscar Austin» Рисунок 5.51 Трехмерная графическая модель фрегата «Oliver Н. Perry» 468
Рисунок 5.52 Трехмерная графическая модель фрегата «La Fayette» Рисунок 5.53 Трехмерная графическая модель фрегата «Sachsen»
Как отмечалось выше, трехмерные графи¬ ческие модели сами по себе не могут при¬ меняться при обнаружении и классифика¬ ции. Они позволяют получить исходный материал пригодный для использования в этих процедурах. Анализируя тепловизи¬ онные изображения целей, полученные в реальных условиях, необходимо создать карты текстур, применяемые к трехмерным графическим моделям. В результате уже создаются теплови¬ зионные трехмерные оптические РЛХ. Эти оптические РЛХ могут применяться для по¬ лучения плоских растровых изображений форматов *.bmp, *.jpg и др., а также в виде анимированных видеоизображений форма¬ тов *.avi, *.mpg. Полученная информация может быть использована при разработке и создании тепловизионных средств обнару¬ жения, а также при их применении в систе¬ мах самонаведения как эталонные и иден¬ тификационные тепловизионные портреты надводных целей (оптические РЛХ). Применяя растровые изображения можно сформировать матрицу изображе¬ ний, где каждому изображению будет соот¬ ветствовать определенная точка наблюде¬ ния. На рис. 5.55-5.59 представлены не¬ сколько фотоизображений тепловизионной модели эсминца «Arleigh Burke», получен¬ ные с различных точек наблюдения. Для применения видеоизображений необ¬ ходимо создание соответствующей про¬ граммы, которая по входным данным, со¬ ответствующим точке наблюдения, будет выдавать необходимое изображение цели. На рис. 5.57 представлен возможный ва¬ риант такой программы с загруженным видео¬ изображением модели эсминца «Oscar Austin». На рис. 5.58 приведена фотография фрегата La Fayette, на рис. 5.59 трехмер¬ ная графическая модель, выполненная при помощи программы 3D Studio Мах, а на рис. 5.60 тепловизионное изображение фре¬ гата, полученное на основе трехмерной графической модели. Рисунок 5.54 Трехмерная графическая модель фрегата «Horizon»
Рисунок 5.55 Тепловизионные фотоизображения трехмерной компьютерной модели эсминца «Arleigh Burke»
Рисунок 5.56 Тепловизионные фотоизображения трехмерной компьютерной модели эсминца «Arleigh Burke»
Рисунок 5.57 Тепловизионное видеоизображение модели эсминца «Oscar Austin», используемое в предложенном варианте программы просмотра видеоизображений
Рисунок 5.58 Фрегат LaFayette французских ВМС Рисунок 5.59 Трехмерная компьютерная модель фрегата La Fayette, выполненная при помощи программы 3D Studio Мах
Рисунок 5.60 Тепловизионное изображение фрегата La Fayette, полученное на основе трехмерной графической модели Искажения, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ При наблюдении за целью, выполняемом оптикоэлектронной системой самонаведения, происходит постоянное изменение координат элементов фор¬ мируемого оптикоэлектронной системой самонаведения изображения, соответ¬ ствующих определенным элементам наблюдаемого объекта. По этой причине изображение цели будет подвергаться различного рода искажениям, от кото¬ рых в процессе организации и осуществления избирательного поражения сле¬ дует избавляться. Этот процесс избавления от искажений в изображении зоны боевых действий укладывается в двухступенчатую модель, сигнатура которой задается (1.10). Применительно к задаче коррекции изображения в качестве входного сигнала следует прини¬ мать трехмерное неискаженное (истинное) изображение местности. Оптикоэлектронная система самонаведения при наблюдении местности трансформирует это изображение в искаженное.
Рассмотрим основные виды искажений изображения и соответствующие им геометрические преобразования [400]. Также определим, какого рода иска¬ жения могут быть скомпенсированы путем применения соответствующего вида геометрического преобразования. 1, Плоское движение, соответствующее смещению элементов изображе¬ ния по вертикали и горизонтали и повороту в плоскости матричного фото¬ приемного устройства оптикоэлектронной системы самонаведения. Плоское движение - это преобразование, сохраняющее расстояния между точками пре¬ образуемого изображения. Совокупность плоских движений образует алгеб¬ раическую группу. Плоское движение всегда можно разделить на поворот ис¬ ходного изображения на угол а вокруг оси Z, перпендикулярной плоскости этого изображения, и последующий его параллельный перенос (смещение). При этом система координат XYZ, связанная с исходным изображением, пере¬ ходит в систему XYZ. Обозначим сдвиг системы в направлении оси ОХ через а, сдвиг в направ¬ лении оси OY - Ъ, угол поворота системы - через а. Пусть ОХ' и ОТ'- новые оси (рис. 5.61). Плоское движение описывается как Рисунок 5.61 К пояснению вывода формул плоского движения
или в матричной форме где а - смещение по горизонтальной оси; Ъ - смещение по вертикальной оси. Рассматривая координаты (х’, у) как искомые, определим выражения для обратного преобразования: xf = (;с-tf)cos<2 + (j-fe)sinci', у = -(х-аЫпа + ^-^соза . На основе плоского движения может быть осуществлено перемещение изображения по растру или за его пределы, повторы отдельных фрагментов ис¬ ходного изображения и поворот изображения в плоскости растра. Пример по¬ ворота изображения представлен на рис. 5.62. 2. Преобразование подобия со сдвигом или изменение масштаба со сдви¬ гом, имеющее место при изменении расстояния между системой самонаведе¬ ния и наблюдаемой целью и выполняемое при их перемещении друг относи¬ тельно друга при сохранении взаимной пространственной ориентации плоско¬ сти матричного фотоприемного устройства оптикоэлектронной системы само¬ наведения и наблюдаемой цели. Преобразование подобия - это преобразование, изменяющее все расстояния между точками изображения в одном и том же от¬ ношении к, называемым коэффициентом подобия. Рисунок 5.62 Поворот изображения в плоскости
Если то суперпозиция этих двух преобразований имеет следующий вид: х = (к\к2)х2 + Ы + klbl), у = (к\к2)у2 + (а2 + к\Ъ2). Первое преобразование (5.22) определяется парой (к\,а), где к\ - отличное от нуля действительное число, я-вектор на плоскости. Второе преобразование (5.23) определяется парой (к2,Ь), а их суперпозиция (kl,a)'(k2,b) определяется парой (klk2, a+k\b). Преобразование, обратное к преобразованию (&1,я), имеет вид (—,——а\. V&l к\ ) Все преобразования подобия S могут быть представлены как произведение соответствующим образом подобранной гомотетии Т [870] с коэффициентом к и последующего плоского движения (если оно имеет место): S=TM, (5.24) а Мопределяется (5.21). Совокупность преобразований подобия вновь образует алгебраическую группу. Подгруппой группы преобразований подобия является группа пло¬ ских движений [870]. Преобразование подобия S (5.24) может также применя¬ ется для изменения размеров изображения в вертикальном и горизонтальном направлении в одинаковое число раз. На основе преобразования подобия, ес¬ ли необходимо, может быть реализовано геометрическое сжатие или увели¬ чение изображения (рис. 5.63). 3. Аффинное преобразование можно свести к изменению размеров (мас¬ штаба) исходного изображения относительно некоторым образом ориентиро¬ ванной прямой и последующего преобразования подобия и плоского движения. Искажения, которые можно представить как результат аффинного преобразо¬ вания, появляются на формируемом изображении при изменении углового по¬ ложения плоскости матричного фотоприемного устройства и наблюдаемой це¬ ли, которое может возникнуть, например, при сложном взаимном маневриро¬ вании атакующей ракеты и цели. 478
Рисунок 5.63 Изменение масштаба наклонного аэроснимка Каждое аффинное преобразование определяется парой (В, с), где В - не¬ вырожденная матрица, с - вектор в плоскости. Выражения для аффинного пре¬ образования имеют вид: х\ = аих + аХ2У + где х, у - координаты в исходной системе координат; xl, у\ - координаты в ко¬ нечной системе координат; аи -а23 _ коэффициенты. Процедура аффинного преобразования может также быть представлена как произведение ортогонального преобразования и сжатий к двум взаимно перпендикулярным прямым [211]. Совокупность аффинных преобразований также образует алгебраическую группу. Закон суперпозиции в группе аффин¬ ных преобразований выглядит следующим образом: Примеры изменения изображения по алгоритмам аффинных преобразова¬ ний представлены на рис. 5.64. 4. Проективное преобразование является одним из основных видов иска¬ жений, которым подвергается изображение, формируемое оптикоэлектронной системой самонаведения. Такого вида искажения возникают при изменении уг¬ лового положения плоскости матричного фотоприемного устройства системы (5.25)
Рисунок 5.64 Примеры изменения изображения: а - оригинал; б - изменение масштаба поХ; в - измене- ние масштаба по Y; г - изменение перекоса по X; д - изменение перекоса по Y; е - поворот самонаведения относительно цели. Проективное преобразование - это преоб¬ разование, переводящее каждую прямую проективной плоскости исходного изображения (плоскость, дополненную бесконечно удаленной прямой) снова в прямую. При проективном преобразовании три точки, лежащие на одной пря¬ мой, после преобразования остаются лежать также на одной прямой (рис. 5.65). Рисунок 5.65 Сохранение коллинеарности точек при преобразовании
Проективное преобразование W можно произвести, подобрав соответст¬ вующее преобразование - гомологию L и последующее преобразование подо¬ бия £, т.е. W = L-S. (5.26) Проективное преобразование является самым общим линейным преобра¬ зованием, которое, используя обобщенные координаты [848], может быть опи¬ сано следующим выражением: Совокупность проективных преобразований также образует группу. Груп¬ па аффинных преобразований, распространенных на проективную плоскость (группа проективно-аффинных преобразований), является подгруппой проек¬ тивных преобразований [15]. С помощью проективного преобразования может быть осуществлена коррекция телевизионного изображения путем преобразо¬ вания геометрических соотношений в этом изображении. Анализируя перечисленные группы преобразований с целью определения искомого геометрического преобразования, можно заключить, что для коррек¬ ции проективных искажений оптических изображений следует использовать проективное преобразование. Вариант коррекции проективных искажений, ВОЗНИКАЮЩИХ НА ИЗОБРАЖЕНИИ, ФОРМИРУЕМОМ ОПТИКОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ Пусть для информационного обеспечения процедур формирования полет¬ ных заданий в рамках скрипта корреляционно-экстремального наведения про¬ водится оптическая аэросъемка с помощью телевизионной (тепловизионной) камеры системы самонаведения с высоты, не превосходящей 500 м, что позво¬ ляет считать объект съемки плоской поверхностью. Оптическая ось камеры ориентирована перпендикулярно направлению полета (продольной оси ракеты) и перпендикулярно поперечной оси ракеты (рис. 5.66). В обычных координатах описание проективного преобразования имеет нелинейный вид:
Рисунок 5.66 Съемка в идеальных условиях полета Вследствие неизбежных случайных пространственных эволюций ракеты оптическая ось те¬ левизионной камеры меняет свое направление и на фоточувствительной поверхности мат¬ ричного фотоприемного устройства телевизионной камеры формируется изображение, под¬ вергнутое проективным искажениям (рис. 5.67). Поскольку эти искажения затрудняют использование оптического аэро¬ снимка в процессе избирательного наведения, то требуется их устранить. Кор¬ рекция проективных искажений оптического аэроснимка может быть рассмот¬ рена как результат специального геомет¬ рического преобразования этого искажен¬ ного оптического аэроснимка. Г еометрические преобразования в данном случае реализуются созданием но¬ вого изображения путем пересчета значе¬ ний координат элементов исходного (ре¬ ального) изображения к новым координа¬ там тех же элементов в преобразованном (синтезированном) изображении. В ре¬ зультате этого обработанное изображение будет приближаться к изображению объ¬ екта съемки, которое было бы получено при строго перпендикулярной ориентации Рисунок 5.67 Проективные искажения в наблюдаемом изображении 482
оптической оси камеры по отношению к плоскости этого объекта. Будем счи¬ тать, что структура дискретизации полученного в результате телевизионной аэросъемки изображения - ортогональная. Поставим задачу о разработке алгоритма коррекции проективных искаже¬ ний изображения, полученного в результате оптической аэросъемки. Исходны¬ ми данными для расчетов будут являться углы крена и тангажа ракеты, а также высота ее полета над объектом съемки. В качестве геометрического преобразо¬ вания, которое следует использовать для коррекции таких искажений, выбира¬ ем проективное преобразование. В общем случае задача реализации проективного преобразования сводится к задаче определения координат точек центральной проекции исходного объек¬ та на плоскость проекции. При этом требуется аналитическое задание проеци¬ рующих лучей и плоскости проекции для определения координат точек их пе¬ ресечения, являющихся искомыми координатами точек отображения проеци¬ руемого объекта на плоскость проекции. Для решения поставленной задачи необходимо аналитически определить плоскости проекции (картинную плоскость) Р и плоскости объекта съемки L в нормальной системе координат OZgXgYg (рис. 5.68). Рисунок 5.68 Геометрические соотношения к выводу формул коррекции проективных искажений оптического аэроснимка
Плоскости проекции Р соответствует связанная система координат OZXY, у = 0 - уравнение плоскости Р в системе координат OZXY. Отметим, что обе системы OZgXgYg и OZXY являются прямоугольными и правыми. Так как оси OXg и ОХ лежат в одной плоскости (плоскости симметрии), то для рассматриваемого случая играют роль только углы крена и тангажа ракеты или ракетоносца, которые соответствуют повороту вокруг своих продольной и поперечной осей. Вектор п единичной длины, нормальный к плоскости Р, имеет следую¬ щие координаты в системе OZXY\ {0,0,1}. Этот же вектор может быть описан и в системе координат OZgXgYg. Поэтому описание пространственного располо¬ жения плоскости Р с системе OZgXgYg может характеризоваться через формулы преобразования координат плоскости Р из связанной системы OZXY в нор¬ мальную систему OZgXgYg. Взаимное положение двух систем координат (рис. 5.68) может характери¬ зоваться углом 19 поворота системы OZXY вокруг поперечной оси OZ (углом тангажа) и углом у поворота этой системы вокруг оси продольной ОХ\ (углом крена). Ось ОХ\ - это продольная ось ракеты или ракетонсцы, повернутая в пространстве на угол 3 относительно оси ОХ и принадлежащая плоскости YgOXg. Таким образом, при известных значениях углов Э и у преобразование системы OZgXgYg во вторую систему OZXY, необходимое для выражения коор¬ динат какого-либо объекта в системе OZgXgYg через координаты этого же объ¬ екта в системе OZXY, можно представить в виде последовательного выполне¬ ния следующих двух поворотов (рис. 5.69, 5.70). Рисунок 5.69 Поворот системы OZgXgYg на угол & вокруг поперечной оси OZg, переводящий эту систему в систему OZxXxYx Рисунок 5.70 Поворот системы OZgXgYg на угол у вокруг продольной оси ОХ\, переводящего эту систему в систему OZ\Xx Yi
1. Поворот системы OZgXgYg на угол 3 вокруг поперечной оси OZg, совпа¬ дающей с осью OZ\, переводящего эту систему в систему OZ\X\Y\. 2. Поворот системы OZ\X{Y\ на угол у вокруг продольной оси ОХ\, совпа¬ дающей с осью ОХ., переводящего эту систему в систему OZXY. Каждый поворот производится только в одной из координатных плоско¬ стей соответствующей системы. Поэтому для соответствующих координат при каждом таком повороте будут справедливы формулы, описывающие поворот осей координат. Это позволит нам написать следующие соотношения: ■ для поворота вокруг оси OZg В матричном виде аналитическое описание рассматриваемого преобразо¬ вания выглядит так: - матрица преобразования. Используя выражения (5.32), получим аналитическое описание плоскости проекции Р в нормальной системе координат OZgXgYg. Для этого вектор п ум¬ ножим на матрицу преобразований (5. 32). В результате находим (5.29) (5.30) (5.31) (5.32) (5.33)
В общем случае плоскость Р не проходит через начало координат О. По¬ скольку (sinу)2 + (sin 19 • cos у)2 + (cos 3 • cos у)2 = 1, коэффициенты при переменных z 9х 9у равны направляющими косинусам вектора п в системе OZgXgYg, поэтому n = sin ук - sin в cos у\ + cos в cos у j, где k,i, j - орты системы координат OZgXgYg. Следовательно, выражение (5.35) может считаться нормированным урав¬ нением плоскости проекции Р. В нормированное уравнение плоскости в трехмерной системе координат в общем случае входит постоянная величина, равная расстоянию от начала коор¬ динат до этой плоскости (которое здесь равно 0, так как плоскость Р проходит через начало координат О). Если же в начало координат поместить центр про¬ екции, а плоскость проекции Р отнести на расстояние / от начала координат, то вместо (5.33) получим zgs\ny - xgsin&cosy + ygcos3cosy - f = 0, (5.34) где / - фокусное расстояние объектива камеры, ведущей съемку. Получив нормированное уравнение плоскости проекции Р, рассмотрим процедуру коррекции проективных искажений оптического аэроснимка, вы¬ полняемую на основе предложенного алгоритма преобразования координат. В нормальной системе координат OZgXgYg зададим две плоскости: 1) плоскость объекта съемки L, заданную в нормированном виде уравне¬ нием yg - h=0, где h - высота полета ракеты; 2) плоскость проекции Р, заданную в нормированном виде уравнением (5.34). На проекции объекта съемки, присутствующей на плоскости проекции Р, выделим интересующий объект. На этой плоскости в связанной системе OZXY зададим координаты точки N{zN,xN9yN), находящейся в районе центра выде¬ ленного объекта. Координаты этой точки N(zN^g9xNig9yN ) в нормальной сис¬ теме координат OZgXgYg определяются путем умножения вектора-строки N(zn,xn ,yN) на полученную матрицу преобразования координат Т (5.32): Ш 486
Запишем уравнение проецирующей прямой ON, проходящей через начало координат О и точку N(zN^g,xN^g,yNig), принадлежащую плоскости проекции Р (используя условия параллельности прямых): Теперь, зная координаты точки N в системе OZgXgYg, определим в той же системе координаты точки пересечения проецирующей прямой ON с плоско¬ стью объекта съемки L. Введем вспомогательную переменную -h t = , -zN cos i9 sin у + xN sin $ + yN cos 3 cos у и определим координаты точки пересечения проецирующей прямой ON и плоскости объекта съемки L\ где h - высота полета ракеты. Далее, точку N(zLg,xLg,yLg) пересечения проецирующей прямой ON и плоскости объекта съемки L принимаем за центр интересующего объекта на плоскости L и определяем границы области D объекта съемки, проективные искажения которого, присутствующие на его проекции, требуется скорректи¬ ровать. Для этого (рис. 5.68) задаем величины xL0, xL1, yL0, yLX в соответствии с выражениями где D - величина, задаваемая, исходя из размеров выделенного объекта, и оп¬ ределяем шаги изменения значения координат по осям ОХ (Sx) и OZ (Sz), ис¬ ходя из условия формирования массива элементов скорректированного изо¬ бражения в формате г строк по т элементов в строке: где т и г - нечетные числа.
Теперь следует вычислить координаты элементов плоскости проекции Р, соответствующих элементам выделенной области плоскости объекта съемки L. Выполним это следующим образом. 1. Сформируем на обрабатываемой области плоскости L растр путем раз¬ биения этой области на г строк по т элементов в строке при условии разме¬ щения определенной ранее точки N в центре рассматриваемой области. 2. Получим выражения для проецирующих прямых, проходящих через на¬ чало координат и точки обрабатываемой области плоскости объекта съемки Z, координаты которых задаются путем сканирования этой области (т.е. путем перебора номеров строк и номеров элементов в строке в пределах [—(/—1)/2< Qx < (г —1)/2] и [—(m —1)/2 <QZ< (m —1)/2] с последующим вы¬ числением соответствующих им координат в системе OZgXgYg). 3. В системе координат OZXY определим координаты точек пересечения М проецирующих прямых и плоскости проекции Р. Теперь определим координаты одной точки М плоскости проекции Р (ос¬ тальные могут быть определены аналогично). Итак, в пространстве заданы: ■ нормальная система координат OZgXgYg ; ■ плоскость проекции Р9 определяемая выражением (5.34); ■ точка Mc(zCg,xCg,yCg) плоскости объекта съемки L в системе координат OZgXgYg, которой требуется определить соответствующую точку Mp(zp,xp,yp) на плоскости проекции Р в системе координат OZXY. Отметим, что, учитывая (5.35), координаты каждой точки Мс плоскости L, заданные в виде ([номер элемента в строке Qz массива], [номер строки Qx массива]), связаны с нормальными координатами этой же точки Мс (zc g,xC g,yC g) следующими расчетными соотношениями: ZC,g - ZL,g +Qz$z’ XC,g - XL,g +Qx$x- Из определения плоскости объекта съемки L следует, что координаты ка¬ ждой точки этой плоскости могут быть представлены как MC g(zCg,xC g,-h). Запишем уравнение проецирующей прямой ОМс, проходящей через на¬ чало координат О и точку Мс плоскости объекта съемки L: z _ х _ У zC,g xc,g ~h' Теперь, зная координаты точки Мс в системе OZgXgYg , определим в этой же системе координаты точки пересечения проецирующей прямой ОМс с плоскостью проекции Р.
После введения вспомогательной переменной .. -J- zCg sin у - xCg sin i9 cos у-h cos в cos у можно определить координаты точки пересечения проецирующей прямой ОМс и плоскости проекции Р в нормальной системе координат OZgXgYg : Эти координаты преобразуем в связанную систему координат OZXY плос¬ кости проекции Р. Для этого первоначально определим матрицу преобразова¬ ния координат из нормальной системы OZgXgYg в связанную систему OZXY, используя равенство (5.31) и матрицу преобразования Т (5.32). Обозначим как А определитель матрицы Т и найдем его значение: А = cos2 *9cos2 у + sin2 i9sin2 у - (cos2 t9sin2 у - sin2 t9cos2 у) = 0 0 О 0 0 О = cos t9(cos у + sin у) + sin .9(sin у + cos у) = 1. Поскольку определитель А не равен 0, матрица Т всегда имеет обратную матрицу Т*1, Введенные матрицы определяют преобразование: т.е. для пересчета координат точки из нормальной системы координат в свя¬ занную используется обратная матрица Т'1. Определим ее параметры. Поскольку преобразование координат из системы OZXY в систему OZgXgYg определяет переход из одной декартовой системы в другую, матрица Т (5.34), описывающая это преобразование, является ортогональной. Известно [416, 754], что матрица Т-1, обратная ортогональной матрице Т, совпадает с транспонированной матрицей Т*. Запишем теперь матрицу Т~’ преобразова¬ ния координат из системы OZXY в OZgXgYg : (5.36) (5.37)
Произведем преобразование координат точки пересечения Mc(zcp9g9xcp,g9ycp,g) проецирующей прямой ОМс с плоскостью проекции Р из нормальной системы координат в связанную систему путем умножения век¬ тора-строки Mc(zCpg,xCpg,yCpg) (5.36) на полученную матрицу преобразова¬ ния координат Т 1 (5.37): откуда с учетом (5.36) получаем искомые координаты точки MP(zP,xP,yP) плоскости проекции в системе координат OZXY: (5.38) где / - фокусное расстояние объектива камеры, ведущей съемку. Отметим (рис. 5.68), что ось OY проходит через центр изображения, нахо¬ дящегося на плоскости проекции Р, и пересекает плоскости объекта съемки L в точке Mco(zco,xco,^co), имеющей в нормальной системе координат OZgXgYg следующие координаты: Значение яркости точки плоскости проекции MP(zP,xP,yP), имеющей вычисленные по (5.38) координаты [zP,xP,-f], присваиваются значению ярко¬ сти элемента скорректированного изображения, номер строки и номер элемен¬ та в строке массива которого совпадают с номером строки и номером в строке элемента Mc(zcgixcg,ycg) растра, сформированного на обрабатываемой об¬ ласти плоскости объекта съемки L. Далее, используя (5.38), определяются координаты элементов плоскости проекции, соответствующих всем элементам Qz растра каждой строки Qx об¬ рабатываемой области плоскости объекта съемки L.
Рисунок 5.71 Результат (б) коррекции проективных искажений области исходного (а) изображения (область выделена рамкой) При таком способе коррекции проективных искажений качество скоррек¬ тированного изображения может быть улучшено путем применения двумерно¬ го интерполирования яркости исходного изображения. В массив, содержащий скорректированное изображение, записываются интерполированные значения яркости элементов изображения. Целые части вычисленных значений коорди¬ нат точек Mp{zp,xp,-f) ([№ строки], [№ элемента]) используются для опреде¬ ления индексов массива элементов исходного изображения. Для интерполиро¬ вания яркости используются дробные части значений этих координат. Обозна¬ чим эти части буквой V. Значения V с точностью до долей элемента изобра¬ жения проективно соответствующие точкам плоскости проекции Р9 и являются исходной информацией для работы интерполяторов. Эксперименты с математической моделью разработанного алгоритма под¬ твердили правильность решения поставленной задачи коррекции проективных искажений результатов оптической аэросъемки (рис. 5.71) [568, 566, 94].
Преобразование частоты дискретизации, ВЫПОЛНЯЕМОЕ ПРИ КОРРЕКЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ИСКАЖЕНИЙ В процессе коррекции проективных искажений обязательной процедурой, обеспечивающей высокое качество исправленного изображения, является пре¬ образование частоты (а в общем случае всей структуры) дискретизации обра¬ батываемого изображения. Преобразование частоты и структуры дискретизации (вторичная дискретизация [422]) всего дискретизированного исходного изображения, выполняемое в реальном времени, произво¬ дится на основе изменения количества элементов, приходящееся на обрабатываемую зону изображения, и размещение их во времени и в пространстве в соответствии с первоначаль¬ ной частотой и структурой дискретизации. Преобразование частоты дискретизации изображения заключается в изме¬ нении количества выборок из этого изображения в единицу длины, чему соот¬ ветствует изменение количества выборок из сигнала этого изображения в еди¬ ницу времени. В соответствии с определением вторичной дискретизации пре¬ образование частоты дискретизации будем рассматривать как многоэтапный процесс. Увеличение частоты дискретизации производится в два этапа (структура процедуры увеличения частоты дискретизации представлена на рис. 5.72,а). Этап 1. Сглаживание в интерполяторе исходной последовательности ин¬ терполированием, когда по имеющейся совокупности отсчетов формируются значения исходного непрерывного изображения в промежутках между этими отсчетами. Этап 2. Дискретизация на новой, повышенной относительно первона¬ чальной частоте дискретизации ZQX (формирование новой последовательно¬ сти отсчетов из интерполированной исходной последовательности). Уменьшение частоты дискретизации в общем случае производится в три этапа (рис. 5.72,6). Этап 1. Обработка последовательности отсчетов исходного изображения в фильтре нижних частот с целью согласования ширины центрального и боко¬ вых спектров этой последовательности с новой, пониженной относительно первоначальной частотой дискретизации Q.x/S • Этап 2. Сглаживание исходной последовательности отсчетов в интерпо¬ ляторе (как при увеличении частоты дискретизации). Этап 3. Дискретизация на новой частоте дискретизации Clx/S. 492
Рисунок 5.72 Обобщенные схемы устройств увеличения (а) и уменьшения (б) частоты дискретизации Укажем на некоторые особенности процесса увеличения частоты дискре¬ тизации изображения, используя материалы работ [447, 658, 422]. Пусть коэффициент увеличения частоты дискретизации Z является целой величиной, большей единицы (увеличение частоты дискретизации в нецелое число раз будет рассмотрено ниже). В пространственной области увеличение частоты дискретизации заключается в восстановлении некоторых промежуточ¬ ных значений строки исходного дискретизированного изображения (исходной последовательности) в точках, определяемых коэффициентом увеличения час¬ тоты дискретизации Z. Каждый интервал между соседними отсчетами исход¬ ной последовательности заполняется (Z-1) равномерно располагаемыми но¬ выми отсчетами, вычисляемыми интерполированием. Предположим, что каждая строка исходного дискретизированного изо¬ бражения представлена бесконечной последовательностью отсчетов, из кото¬ рых N отсчетов ненулевые (рис. 5.73,а): (5.39) где Xjx (?) - обобщенная функция времени [422] (символ * указывает на обоб¬ щенную функцию); x(t) - сигнал исходного непрерывного изображения, под¬ вергнутого первичной дискретизации; S(t) - дельта-функция. Предполагая, что Фурье-преобразование Wt(a>) исходного непрерывного сигнала изображения x(t) известно, можно определить Фурье-преобразование WTx(co) последовательности (5.39) (рис. 5.73,6):
(5.40) Рисунок 5.73 К описанию процесса увеличения частоты дискретизации в целое число раз (Z = 3)
Для того чтобы коэффициент увеличения частоты дискретизации Z мог принимать произвольные рациональные значения и интерполируемые отсчеты могли быть определены в любой точке обрабатываемой строки изображения, наиболее целесообразно, чтобы интерполятор (рис. 5.72,.а) имел непрерывную характеристику. При реализации интерполятора в цифровом устройстве от не¬ прерывной формы характеристик интерполятора легко перейти к дискретной с любым требуемым количеством отсчетов. Обозначив импульсную характеристику идеального интерполятора через g(/) (рис. 5.73,в), запишем ее выражение (5.41) Можно показать, что амплитудно-частотная характеристика идеального интерполятора, определяемая как модуль Фурье-преобразования выражения (5.41), имеет прямоугольную форму (рис. 5.73,г), описываемую выражением (5.42) (5.43) Запишем выражение для интерполированной (непрерывной) строки Определим спектр |W(<y)| непрерывного сигнала x(t), перемножив выра¬ жения (5.40) и (5.42) и взяв модуль их произведения: т.е. непрерывному сигналу x(t) (рис. 5.73,<)) соответствует непериодический спектр |w(i»)|, совпадающий со спектром строки исходного непрерывного изо¬ бражения |W,(fy)| (рис. 5.73,ё).
Дискретизация интерполированного сигнала на новой частоте дискретиза¬ ции ZQX может быть представлена, как умножение сигнала x(t) на последо¬ вательность £-импульсов с периодом (7^/Z) (рис. 5;73,ж), соответствующим новой частоте дискретизации ZQX, т.е. Выполнив Фурье-преобразование над выражением (5.44) и взяв модуль от результата преобразования, можно получить формулу спектра последователь¬ ности х*т (t) 1Г Спектр, определенный по формуле (5.45), является периодическим с пе¬ риодом ZQX (рис. 5.73,5). В рассматриваемом случае осуществляется идеальное интерполирование. Интерполятор имеет импульсную характеристику в виде синус-импульсной функции, которой в частотной области соответствует амплитудно-частотная характеристика этого интерполятора, описываемая выражением (5.42). Однако импульсная характеристика интерполятора (синус-импульсная функция) бес¬ конечна. Применение участка синус-импульсной функции в качестве импульсной характеристики интерполятора приводит к явлению Гиббса, проявляющемся в виде колебаний функции x(t) в местах резкого ее изменения [354]. Для выпол¬ нения (5.45) при реализации устройства увеличения частоты дискретизации изображения требуется определить такую импульсную характеристику реали¬ зуемого интерполятора, модуль Фурье-преобразования которой максимально приближался бы к амплитудно-частотной характеристике идеального интерпо¬ лятора (5.42) (характеристика идеального фильтра нижних частот). Во временной области уменьшение частоты дискретизации Qx заключа¬ ется в сохранении одного отсчета из каждой группы, содержащей S последо¬ вательных отсчетов (прореживании последовательности отсчетов исходного изображения). Сохраняемые отсчеты должны располагаться в исходной после¬ довательности равномерно через S интервалов дискретизации Тх. В качестве исходного сигнала будем использовать последовательность (5.39) (5.44)
Графики функций (5.39) и (5.40) представлены соответственно на рис. 5.74,аД Если ширина спектра исходного изображения превышает значение QX/(2S), при вторичной (на частоте Qx/S) дискретизации этого изображе¬ ния, вызванной необходимостью изменить его размеры, будут нарушены усло¬ вия теоремы отсчетов. Поэтому исходную последовательность перед прорежи¬ ванием необходимо обработать в фильтре нижних частот. Фильтр нижних частот должен быть цифровым и работать на частоте дис¬ кретизации Qx, так как входным сигналом для него служат последовательно¬ сти отсчетов строк исходного изображения, дискретизированного на частоте Qx . Кроме того, данный фильтр должен иметь коэффициент передачи, равный единице в периодически повторяющихся интервалах частот (~QX/(2S), QX/(2S)) и равной нулю в остальных частотных интервалах. Данным условиям отвечает идеальный цифровой фильтр нижних частот с амплитудно-частотной характеристикой, определяемой выражением Импульсная характеристика применяемого в рассматриваемом случае идеального цифрового фильтра нижних частот определяется при помощи вы¬ числения обратного Фурье-преобразования выражения амплитудно-частотной характеристики этого фильтра (5.46): Графики импульсной характеристики идеального цифрового фильтра нижних частот и амплитудно-частотной характеристики этого фильтра при S = 3 представлены соответственно на рис. 5.74,в,г. Последовательность x*TxH(t), полученная в результате обработки исход¬ ной последовательности хТх (t) в идеальном цифровом фильтре нижних частот, может быть определена путем свертки исходной последовательности (5.39) с импульсной характеристикой этого фильтра (5.47):
Рисунок 5.74 К пояснению процесса уменьшения частоты дискретизации в целое число раз
(5.48) Спектр исходной последовательности (5.39), обработанной в идеальном фильтре нижних частот (5.47), вычисляется так: Функциям (5.48) и (5.49) соответствуют графики на рис. 5.74Де. Приме¬ нение идеального цифрового фильтра нижних частот сопряжено с трудностя¬ ми, обусловленными бесконечностью длины его импульсной характеристики. При уменьшении частоты дискретизации формирование выборок на новой час¬ тоте выполняется аналогично такому же действию при увеличении частоты дискретизации. Первой операцией является сглаживание обработанной в цифровом фильтре нижних частот последовательности x*TxH(t). Воспользуемся опять идеальным интерполированием, рассматривая его как предельный случай ре¬ ального интерполирования. Импульсная характеристика идеального интерпо¬ лятора (рис. 5.74,ж*) будет иметь вид (5.41): Амплитудно-частотная характеристика (рис. 5.14,и) данного интерполято¬ ра описывается выражением (5.42) Вычисляя свертку последовательности x*TxH(t) (5.48) с импульсной ха¬ рактеристикой g(t) (5.41), получаем результат хт H(t) интерполирования по¬ следовательности Xj H(t) (рис. 5.74,к): (5.50)
Спектр \wtH(co)\ интерполированной последовательности (5.50) можно определить следующим образом: Спектр (5.51) интерполированной последовательности уже спектра соот¬ ветствующей строки исходного непрерывного изображения |^(й>)| в S раз (рис. 5.74,к). Следующей операцией является дискретизация непрерывного сигнала хт>я(0 на частоте Qx/S. Этой операции соответствует такое выражение: Спектр последовательности 5(/) определится через Фурье-преобра- зование выражения (5.52): Графики последовательности Xj s{f) и ее спектра |^5(ю)| представлены ности Xj s (/) является периодическим с периодом Clx/S. Ширина централь¬ ного и боковых спектров (5.53) в S раз меньше ширины соответствующих спектров (5.40) исходной последовательности я£ (/). Рассмотрим изменение (увеличение и уменьшение) частоты дискретиза¬ ции изображения в нецелое число раз, задаваемое отношением введенных ра¬ нее коэффициентов Z и S при условии, что Z и S - взаимно простые числа. Процесс изменения частоты дискретизации может быть разложен на две ста¬ дии: увеличение частоты дискретизации в Z раз и последующее ее у меньше- (5.52) (5.53) соответственно на рис. 5Л4гпги. Спектр |fTs(a>)| обработанной последователь-
ние в S раз. Однако с практической точки зрения такое представление процес¬ са изменения частоты дискретизации не является удобным. Например, измене¬ ние частоты дискретизации изображения в Z/S = 727/720 раз приводит к уве¬ личению размеров всего 1,01 раза, и затраты на увеличение частоты дискрети¬ зации в 727 раз окажутся явно не обоснованными. Аналогичный вывод можно сделать и при анализе уменьшения частоты дискретизации в нецелое число раз (например, при Z/S = 720/727). Анализ операций, выполняемых на стадии уменьшения частоты дискрети¬ зации в S раз, позволяет заключить, что нет никакой необходимости вычис¬ лять все значения последовательности х*Тх (t) из идеально интерполированной Т строки x(t) на стадии увеличения в Z раз частоты дискретизации исходного изображения. Такой вывод следует из того, что последующее уменьшение час¬ тоты дискретизации приведет к интерполированию последовательности х*т (t) ~z и вторничному определению значений интерполированной строки x(t). Интерполированная строка x(t) используется для нахождения значений отсчетов новой последовательности х* s (t), расположенных в пространстве в Ту — соответствии с новой частотой дискретизации ZQX /S. Поэтому на этапе дис¬ кретизации интерполированной последовательности x(t) в качестве новой час¬ тоты дискретизации следует использовать не ZQX, а частоту ZC1X/S, что приведет к непосредственному определению искомых отсчетов последователь¬ ности х* s(t). Дискретизацию на частоте ZQX/S необходимо проводить Ту— только при соблюдении условий теоремы отсчетов, которое обеспечивается или предварительной обработкой в цифровом фильтре нижних частот при 0 < Z/S < 1, или без таковой при Z/S > 1. Количество отсчетов в последовательности х* с (t), полученной в резуль- Ту~ Х Z тате изменения частоты дискретизации в нецелое число раз (Z/5), будет равно наибольшему целому числу М, не превосходящему iV(Z/5), т.е. целой части числа N(Z/S). Оно обозначается следующим образом: Отметим, что при увеличении частоты дискретизации, проводимом при увеличении размеров изображения, число элементов последовательности
jc* о (t) превосходит число элементов строки N . Поэтому изображение увели- Ту— Х Z ченного размера содержит в себе только увеличенную часть исходного изо¬ бражения. При уменьшении частоты дискретизации, выполняемом при уменьшении размеров изображения, количество элементов М последовательности х* s (t) Txz меньше N , и часть каждой строки уменьшенного изображения составляется из всех М элементов. Если частота вторичной дискретизации изображения выше частоты его первичной дискретизации (К = Z/S > 1), условия теоремы отсчетов не наруша¬ ются. Вид центрального спектра, а также повторяющихся с периодом ZC1X/S боковых спектров совпадает с видом непериодического, заключенного в преде¬ лах (-QX/S, Ох/2) спектра исходного непрерывного изображения. Перед уменьшением частоты дискретизации в Z/S раз (0<Z/5<1) для исключения модуляционных искажений производится ограничение ширины центрального и боковых спектров периодического спектра (5.40) последова¬ тельности строк (5.39) исходного изображения. Степень ограничения определяется коэффициентом преобразования час¬ тоты дискретизации Z/S: центральный спектр ограничивается в пределах (-nxZ/(2S), C1XZ/(2S)). Боковые спектры ограничиваются до такой же ши¬ рины. Ограничение должно производиться в идеальном цифровом фильтре нижних частот. Величина ZQX/S является новой частотой дискретизации. Последовательность Xjx(t) (5.39) опять примем за исходный сигнал (рис. 5.75,а): Рассмотрим случай уменьшения частоты дискретизации в нецелое число раз. Как было отмечено выше, первым этапом уменьшения частоты дискрети¬ зации является обработка в идеальном цифровом фильтре нижних частот. Ам¬ плитудно-частотная характеристика такого фильтра в данном случае определя¬ ется следующим выражением: Ее спектр может быть определен из формулы (5.40) (рис. 5.75,6).
503
(5.54) Графики, соответствующие выражениям (5.55) и (5.54) при Z = 2 и S = 3, представлены соответственно на рис. 5.75,в и г. Вычисляя свертку исходной последовательности Xj (t) (5.39) с импульс¬ ной характеристикой идеального цифрового фильтра нижних частот (5.55), найдем выражение для результата обработки исходной последовательности Xjx(t) в данном фильтре (рис. 5.75,д): (5.56) 504 Рисунок 5.75 К пояснению процесса уменьшения частоты дискретизации в нецелое число раз которому соответствует импульсная характеристика, вычисляемая аналогично (5.47):
(5.57) Для уменьшения частоты дискретизации изображения в нецелое число раз применим уже упоминавшийся идеальный интерполятор с импульсной харак¬ теристикой, имеющей вид (5.41) (рис. 5.75,,ж) Амплитудно-частотная характеристика идеального интерполятора ( со Л (рис. 5;75,з) может быть представлена формулой (5.42): \G(co)\ = TxxqqX . ) Интерполированная последовательность отсчетов строки изображения, обработанного в идеальном фильтре нижних частот, обозначаемая символом xtx,h,s,z(0 (Рис* 5.75,1/), определяется сверткой последовательности (5.56) с импульсной характеристикой интерполятора (5.56): Ширина спектра интерполированной последовательности xTx HSZ{t) вы¬ числяется путем перемножения спектра отфильтрованной последовательности (5.57) и амплитудно-частотной характеристики интерполятора (5.42): (5.58)
Выражение (5.58) иллюстрируется графиком на рис. 5.75,к. Заключительным этапом процедуры понижения частоты дискретизации изображения является дискретизация последовательности xTx H SZ(t) на новой частоте ZQX/S. Формирование выборок из сигнала xTx H S Z(t) (рис. 5.75,л) описывается формулой Вычислив Фурье-преобразование соотношения (5.59), получим следующее которое иллюстрируется рис. 5.75,л*. Отметим, что соотношения (5.52) и (5.53), описывающие соответственно результирующую последовательность и ее спектр при уменьшении частоты дискретизации изображения в целое число раз, являются частными случаями формул (5.59) и (5.60) при Z = 1. При увеличении частоты дискретизации изображения в нецелое число раз над исходной последовательностью (5.39) выполняются все перечисленные выше операции, кроме ограничения спектра этой последовательности в иде¬ альном цифровом фильтре нижних частот. Необходимость такого ограничения при увеличении частоты дискретизации отсутствует, так как при данном пре¬ образовании частоты дискретизации условия теоремы отсчетов могут быть вы¬ полнены всегда. Поэтому, исключив из формул (5.59) и (5.60) члены, соответ¬ ствующие обработке исходной последовательности в идеальном цифровом фильтре нижних частот, сразу запишем выражения для последовательности строки с новой частотой дискретизации и спектра этой строки: (5.59) (5.60) (5.61) (5.62)
Формулы (5.61) и (5.62) являются обобщением соотношений (5.44) и (5.45) на случай увеличения частоты дискретизации в нецелое число раз. В заключение, исходя из формул (5.59)-(5.62), повторим основные требо¬ вания к фильтрующим и интерполирующим узлам аппаратуры, предназначен¬ ной для увеличения и уменьшения частоты дискретизации изображения в про¬ извольное рациональное число раз: ■ цифровой фильтр нижних частот, необходимый для ограничения спектра исходной последовательности отсчетов строки изображения, должен иметь амплитудно-частотную характеристику, приближающуюся к ампли¬ тудно-частотной характеристике идеального цифрового фильтра нижних частот; ■ цифровой фильтр нижних частот должен быть устройством с переменны¬ ми параметрами, так как устройство, для которого этот фильтр предназна¬ чен, служит для преобразования размеров изображения в изменяемое, в общем случае нецелое число раз; ширина центральной и боковых полос прозрачности должна изменяться пропорционально степени изменения размеров обрабатываемого изображения, определяемой величиной Z/S ; ■ амплитудно-частотная характеристика интерполятора, на основе которого производится определение значений отсчетов, составляющих последова¬ тельность с преобразованной частотой дискретизации, должна прибли¬ жаться к амплитудно-частотной характеристике идеального фильтра ниж¬ них частот с полосой прозрачности от 0 до П^/2 (рис. 5.75,з). Интерполяционная процедура, являющаяся неотъемлемой составной ча¬ стью вторичной дискретизации преобразуемого изображения, может быть вы¬ полнена на основе применения кусочно-полиномиального интерполирования (интерполирования сплайнами) нулевой, первой или третьей степени. Простейший метод интерполирования сплайном - применение кусочных полиномов нулевой степени. Этот метод заключается в построении на интерва¬ ле интерполирования [xi9xi+l] функции вида (5.63) Такое интерполирование легко осуществимо как программно, так и аппа- ратурно, но, как показали исследования [571], при низком качестве обработан¬ ного изображения. Более точное кусочно-полиномиальное интерполирование осуществляется полиномами первой степени. В основе способа лежит замена кривой, соответ¬ ствующей реальному изменению яркости исходного изображения на участке между отсчетами ft и fi+x прямой линией, соединяющей отсчеты ft и fM. Аналитически выражение этой прямой выглядит следующим образом:
(5.64) Реализация интерполирования сплайном первой степени не является сложной технической зада¬ чей, однако качество обработанного изображения и в этом случае остается невысоким [569]. Интерполирование по алгоритмам (5.63) и (5.64) является довольно грубым приближением интерполируемой функции и практически не пригодно для высококачественной обработки изображений. Применение кусочных полиномов Лагранжа для построения интерполяци¬ онного сплайна также приводит к искажениям в обработанном изображении. Это связано с тем, что в узлах интерполирования образуются недифференци¬ руемые сопряжения локальных полиномов (т.е. изломы интерполирующей функции), так как интерполирование локальными полиномами Лагранжа мо¬ жет обеспечить непрерывность только самой интерполирующей функции, но не обеспечивает непрерывности ее производных. Это следует из самого прин¬ ципа интерполирования полиномами Лагранжа. Сохранить непрерывность производных кусочно-полиномиальной интерполирующей функции можно только с помощью локальных полиномов Эрмита. Анализируя вышеизложенное, делаем заключение о том, определение промежуточных значе¬ ний /(х) интерполируемого изображения, представленного последовательностью отсчетов ft, следует вести посредством кусочно-полиномиального интерполирования (сплайн-интер¬ полирования) при условии обеспечения непрерывности самого интерполяционного сплайна и нескольких его производных, необходимое количество и значения которых выясним ниже. Определим степень интерполяционного сплайна. Будем стремиться обес¬ печить наибольшую гладкость интерполирующей функции. Это объясняется тем, что гладкая интерполирующая функция хорошо согласуется с гладкой формой сигнала реального изображения, в котором непрерывной является по меньшей мере первая производная, а вторая - ограниченной, так как из-за при¬ сутствия реактивностей в цепи прохождения сигнала изображения спектр сиг¬ нала изображения ограничен полосой пропускания видеотракта. Известно [575], что среди всех кривых, проходящих через заданные на ин¬ тервале [а,Ь] отсчеты ft, наиболее гладкая кривая /(х) имеет наименьшую среднюю квадратичную кривизну, т.е. (5.65)
Определение выражения кривой /(х) из условия минимума функционала (5.65) является вариационной задачей. Уравнение Эйлера этой задачи имеет следующий вид: (5.66) (5.67) Поскольку ищется наиболее гладкая функция /(х), можно предположить, что /'(*)«1. Тогда рассматриваемая функция F^(x,/,/',/") пропорциональ¬ на квадрату второй производной интерполирующей функции £/"(*)] • Поэто¬ му можно искать функцию, обладающую на [a,b] минимальным значением среднего квадрата второй производной, т.е. минимизирующей функционал ъ (5.68) Решением его оказывается кусочно-кубическая дважды непрерывно диф¬ ференцируемая на [а,Ь] функция, которую можно представить в виде (5.70) Выражение (5.70), полученное интегрированием уравнения (5.69), описы¬ вает кубический сплайн [728], первая и вторая производные которого непре¬ рывны. Эта функция на каждом интервале обеспечивает минимум где Fу (*,/,/',/") - подынтегральная функция, входящая в исследуемый функ¬ ционал. В данном случае Так как подынтегральная функция зависит только от /"(х), уравнение Эйлера для функции Г/"(*)] имеет вид
функционала (5.68), а в данном случае и функционала (5.65). Следовательно, средний квадрат второй производной и средняя квадратичная кривизна кривой, описываемой выражением (5.70), получаются наименьшими среди всех кри¬ вых, проходящих через заданные на интервале [а,Ь] отсчеты ft интерполи¬ руемой функции /(х). Таким образом, наиболее гладкой интерполирующей функцией является интерполяционный кубический сплайн, дважды непрерывно дифференцируе¬ мый на интервале [а9Ь]. Приведем определение интерполяционного кубиче¬ ского сплайна [728]. Пусть на интервале [а, Ь] (а<Ь, а и Ъ принадлежат множеству действи¬ тельных чисел) задана сетка Ап : (а = х0 < хх <... < хп = Ъ). Для т> 0 через Ст[а,Ь] обозначим множество т раз непрерывно диф¬ ференцируемых на [a,b] функций, а через С1 [а,Ь] - множество кусочно¬ непрерывных функций с точками разрыва первого рода. Тогда функцию S3 k(x) будем называть кубическим интерполяционным сплайном дефекта £(0<к<4) с узлами на сетке Ап , если: ■ на каждом интервале [xi9xi+l\ функция S3tk(x) является кубическим поли¬ номом вида при xe[xi9xi+l]9 / = 0,1,...,л-1 (индекс / указывает на то, чтохе[х/5х/+1]); ■ выполняется условие интерполирования так как при этих условиях обеспечивается минимум функционала (5.68). Первоначально рассмотрим методы построения кубического интерполя¬ ционного сплайна дефекта один. Дефектом сплайна называется разность меж¬ ду степенью сплайна и порядком его старшей непрерывной на [а,Ь] производ¬ з (5.71) Зададим следующие краевые условия
(5.72) (5.73) (5.74) откуда (5.75) (5.76) iштнтж Теперь можно получить выражения для коэффициентов at полинома (5.71). Из условия S31(xz) = ft следует = ft. Так как S3?1(хг) = а[1^, из выра¬ жения (5.73) с учетом (5.76) имеем Постоянная Ai определяется подстановкой в выражение (5.74) условия где х e[xi9xi+l]9 / = 0,1,...,л-1, Ai и Bt - постоянные интегрирования. Постоянная Bt определяется путем подстановки в выражение (5.74) усло- Проинтегрировав дважды обе части выражения (5.72), получим ной. Так как вторая производная сплайна дефекта один по условию непрерывна и на каждом интервале [xi9xi+l] (i = 0,1,...,л-1) может быть описана полиномом первой степени, можно записать [728]: откуда, с учетом (5.75),
Принимая во внимание, что S3 l(xt) = Mt, получим Так как третья производная кубического сплайна S”i(x) на каждом интер- Г 1 ^i+1 — вале [jc/9jcf+1 J постоянна и равна —— L , то (5.77) Вместе с краевыми условиями М0 -Мп =0 уравнения (5.77) составляют систему (п +1) уравнений с (п +1) неизвестными значениями Mt. Таким образом, сплайн S31(x) полностью определяется с помощью значе¬ ний своей второй производной S^Oc*) в узлах хД/ = 0,1,...,«). Вычисляются они следующим образом. Подстановка значений А и 5, (5.76) и (5.75) в (5.73) дает откуда можно определить односторонние пределы производных в точках
В рассматриваемом случае сетка Ди является равномерной, (xi+1 - х,)- const (/ = 0,1,.Для упрощения вычислений примем (х(+, -xt)-\. Тогда за¬ пись уравнения (5.77) примет вид (5.78) Обозначим для краткости dt = 6(/)_1 -2/) + fi+\). Исходя из граничных ус¬ ловий, зададим d0 = fx -f0 и dn = -(fn ~ fn-\) • Тогда выражение (5.78) совме¬ стно с краевыми условиями перепишем в матричном виде Квадратная матрица в левой части выражения (5.79) симметричная, со строгим диагональном преобладанием. Эта матрица невырождена, и поэтому система (5.79) имеет единственное решение, т.е. величины МиМ2,-..9Мп опре¬ деляются из системы (5.78) однозначно. Следовательно, сплайн S31(x) также однозначно определяется по формуле (5.71) подстановки вычисленных значе¬ ний ajl\ определяемых, в свою очередь, по результатам решения системы (5.79). Сплайн S31(x) в данном случае является искомым интерполяционным полиномом F(x). Интерполирование изображения кубическим сплайном дефекта один обеспечивает высокое качество обработанного изображения [564]. Построение собственно интерполяционной кривой S31(x) производится локально (по от¬ дельным участкам). Однако определение значений М{, используемых для вы¬ числения коэффициентов сплайна а^, является нелокальной процедурой, так как для их определения требуется использовать все п отсчетов ft интерполи¬ руемой последовательности. Следовательно, интерполяционный процесс и здесь оказывается нелокальной процедурой, требующей для своей реализации больших аппаратурных затрат. Этот же вывод относится и к случаю представления интерполяционного кубического сплайна дефекта один через В- сплайны.
Локализация построения интерполяционного кубического сплайна позво¬ лит снизить до разумных пределов аппаратурные затраты на реализацию ин¬ терполятора. Локализация может быть осуществлена, например, отказом от требования непрерывности второй его производной, т.е. построением кубиче¬ ского сплайна дефекта два [564]. Примером локализации построения кубического сплайна дефекта два яв¬ ляется построение кубического эрмитова сплайна дефекта два. Этот сплайн представляет собой кусочно-полиномиальную функцию, составленную из ин¬ терполяционных полиномов Эрмита с двумя узлами крайности два, обладаю¬ щих свойством локальности (свойство локальности заключается в том, что по¬ ведение и построение интерполяционного полинома на каждом интервале [хг ,х/+1] не зависят от их поведения и построения на других интервалах). Точность интерполирования большинства изображений поэтому методу будет несколько ниже, чем при использовании кубического сплайна дефекта один, но применение кубиче¬ ского эрмитова сплайна дефекта два исключает возможное возникновение длительных ос¬ цилляций нелокального кубического сплайна дефекта один в местах резкого изменения кривизны интерполируемого изображения. Это является ценным свойством кубического эрмитова сплайна дефекта два, так как позволяет интерполировать изображения с резкими перепадами яркости. Приведем метод построения кубического эрмитова сплайна дефекта два Пусть задана равномерная сетка Ах : а = х0 < хх <... < хп = Ъ и известны значения ft(i = 0,1,...,«) интерполируемой функции в узлах интерполи¬ рования хг Определим кубический эрмитов сплайн дефекта два S3 2(х) как функцию, удовлетворяющую условиям: 1) на каждом интервале hi=xi+l-xi сплайн S32(x) является кубическим полиномом вида 2) сплайн S3 2(x) принадлежит к множеству С1^,^] один раз непрерывно дифференцируемых на [я,Ь] функций, т.е. 3) выполняется условие интерполирования
(5.81) (5.82) (5.83) 515 4) первая производная сплайна S32(x) равна первой производной интер¬ полируемой функции в узлах интерполирования, хД/ = ОД,...,п), т.е. Из перечисленных условий получим систему уравнений: Преобразуем систему (5.81) к виду: Решим систему (5.82), определим и значения коэффициентов и а^ (с учетом того, что сетка узлов равномерная, т.е. ht = xi+l -xt для всех i): Промежуточные значения /(х) интерполируемой функции /(х) опреде¬ ляются подстановкой значений а\1^ в формулу интерполяционного полинома (5.80) и задания величины х е [xz,x/+1]. Как следует из системы (5.83), для выполнения интерполяционной проце¬ дуры необходимо знать величины производных f( интерполируемой функции в узлах X;. Все становится простым, когда значения f’ задаются одновремен¬
но со значениями ft, но в общем случае это нереально при обработке изобра¬ жения, когда известны только ft. Один подход к реализации вычислений по формулам (5.80), (5.83) состоит в замене в этих формулах величин производной интерполируемой функции на значения производной сплайна, определяемые одновременно путем решения системы (п +1) уравнений с (п +1) неизвестными. Однако этот метод ведет к делокализации интерполяционного процесса, а это требует для своей реализации непомерных аппаратурных или программных затрат. В [564] предлагается приближенно определять значения производной f( в узлах интерполирования через разделенные разности первого порядка дискре¬ тизированной исходной функции. Рассмотрим алгоритм интерполирования дискретизированного изображе¬ ния кубическим сплайном дефекта два по известным значениям яркости ft в отсчетах изображения и при использовании разделенных разностей как вели¬ чин, аппроксимирующих производную f! . В качестве основных соотношений, определяющих построение искомого сплайна, используем формулу (5.80) и по¬ лученную систему (5.83). Первая производная в i-м узле /'(*,•) может быть выражена через первые правые, левые разности [422] и их взвешенную сумму следующим образом: Для приближения производной ft будем использовать взвешенную сумму правой и левой разностей, так как они учитывают поведение интерполирующей функции в двух соседних узлах, а правые и левые разности - только в одном. Подставив выраженные через соотношения (5.86) приближенные значения производной f! и f'M в систему (5.83) и приведя подобные члены, получим новые формулы для определения коэффициентов интерполяционного сплайна: (5.84) (5.85) (5.86)
(5.87) Для построения сплайна на каждом интервале xe[x/?x/+1] по формулам (5.87) требуется только четыре значения интерполируемой функции в узлах хм , xz- 9 xi+l 9 xi+2 9 т.е. процедура интерполирования локальна. Интерполирование по разработанному алгоритму для практического применения удобнее пред¬ ставить как операцию линейной фильтрации в цифровом нерекурсивном фильтре третьего по¬ рядка, называемом интерполятором. Для этого проведем следующее преобразование. Подставляя формулы (5.87) в полином (5.80) и заменив аргумент х е [xi9xi+l\ выражением (х,- + ph), можно найти при 0 < р < 1 и 2, где h - интервал между отсчетами (х/+1 -хг ). Будем считать интервал между отсчетами h равным единице. Тогда сплайн S3 2(x)(5.88) можно записать следующим образом: (5.88) (5.89) при 0<р<1 и / = 1,2,...9п-2 . Представим сплайн S3 2(x) в виде 517
(5.90) при 0 < р < 1 и / = 1,2,...,и - 2 , где fiq - коэффициенты интерполирования. Приравнивая правые части формул (5.89) и (5.90), определим коэффици¬ енты интерполирования Рд(х( + p-q) (огибающей импульсной характеристики интерполирующего фильтра): (5.91) Выражение (5.90) будем рассматривать как свертку на интервале [jcf,jc/+1] дискретной функции (fi+2 ; fM; ft; ft_{) с импульсной характеристикой fiq интерполирующего фильтра, которую можно рассчитать заранее, задавая раз¬ личные значения р в формулы (5.91). По результатам расчетов значений f3q построен график огибающей им¬ пульсной характеристики фильтра (рис. 5.76), которая симметрична относи¬ тельно центрального узла. Фильтр может иметь линейную, а при определенных условиях и нулевую фазовую характеристику. Практическое удобство интерполирования по (5.90) заключается в том, что огибающую импульсной характеристики фильтра (5.91) можно рассчи¬ тать заранее (она не зависит от ft) и хранить в постоянном запоминающем устройстве. Для получения требуемого набора коэффициентов р при выполнении процедуры интерполирования необходимо только задать величину р, являю¬ щуюся в данном случае адресом обращения к ячейкам постоянного запоми¬ нающего устройства. Остальные расчеты по (5.90) в реальном времени выпол¬ няются просто. Отметим, что интерполирование по разработанному алгоритму (5.80) и (5.83) при использо¬ вании правых разностей (5.86) совпадает с гладкими восполнениями, полученными с помо¬ щью полиномов Лагранжа и производных от них [575], а при использовании левых разно¬ стей (5.85) совпадает с формулами интерполяционного сплайна, построенного из условия обеспечения минимальной средней квадратичной кривизны локального кубического эрми¬ това сплайна дефекта два. 518
Рисунок 5.76 Огибающая импульсной характеристики интерполирующего фильтра для построения сплайна S3 2(х) при использовании средних разностей, вычисляемых по трем отсчетам С помощью рассмотренных методов нахождения нелокального и локаль¬ ного кубических сплайнов дефекта один обеспечивается непрерывность произ¬ водных интерполирующей функции (сплайна). Вторая производная интерполя¬ ционного сплайна вообще отличается от второй производной интерполируемой функции, а это может привести к ошибкам. Поставим задачу определить метод локального построения интерполяци¬ онного сплайна, обеспечивающий не только непрерывность первой и второй производных интерполирующей функции, но и равенство производным интер¬ полируемого изображения в узлах интерполирования (отсчетах интерполируе¬ мой функции). Реализация данного метода устраняет упомянутый недостаток и позволяет осуществить интерполирование изображения дважды непрерывно
дифференцируемым сплайном. Для этого нужно построить локальный интер¬ поляционный эрмитов сплайн пятой степени дефекта три, составленный из ку¬ сочных полиномов Эрмита с двумя кратными узлами кратности три. С помо¬ щью такого сплайна обеспечивается непрерывность самой интерполирующей функции, двух первых ее производных, а также из-за локальности построения сплайна интерполируется изображение в реальном времени. Кроме того, этот сплайн обеспечивает условие интерполирования S5 3 (*,•) = ft и равенство пер¬ вой и второй производных сплайна соответственно первой и второй производ¬ ным интерполируемого изображения в узлах интерполирования. Построим алгоритм вычисления значений эрмитова сплайна пятой сте¬ пени дефекта три S5 3(х). Предположим, что на интервале [а,й] задана сетка Ах : а = х0 < хх << хп = b и известны значения ft интерполируемой функции, ее первой ft и второй ft производных. Тогда эрмитовым сплайном пятой степени дефекта три S5 3(x) будем называть функцию, удовлетворяющую следующим условиям: 1) на каждом интервале hi=xi+l-xi сплайн S5 3(x) является полиномом пятой степени 2) сплайн S5 3(x) принадлежит к множеству С2 [а,Ъ\ дважды непрерывно дифференцируемых на [a,b] функций, т.е. 4) первая производная сплайна S5 3(x) равна первой производной интер¬ полируемой функции в узлах интерполирования, хД/ = 0,1,...,и), т.е. (5.92) 3) выполняется условие интерполирования 5) вторая производная сплайна S5 3(л:) равна второй производной интер¬ полируемой функции в узлах интерполирования, хД/ = 0,1,...,и), т.е.
Из перечисленных условий получим систему уравнений: Для вычисления промежуточных значений интерполируемой функции внутри интервала значения а\^ нужно подставить в полином (5.94) и задать значения величин xe[xi9xi+l\, определяющих положение искомых про¬ межуточных значений внутри интервала интерполирования [xi9xi+l \. решение которой позволяет определить значения и ; индекс i по¬ казывает, что коэффициенты а^ с данным индексом входят в интерполяцион¬ ный полином только на интервале ht = xi+l - xt. Решение системы уравнений (5.93) имеет вид:
При обработке изображений величины ft и f\ обычно не известны. Ис¬ пользование первых разделенных разностей в качестве приближенных значе¬ ний первой производной интерполируемой функции, позволившее осуществить интерполирование кубическим сплайном дефекта два даже в реальном времени при небольших аппаратурных затратах, предварило разработку метода вычис¬ ления искомого локального интерполяционного сплайна S5 3(х). Сущность данного метода состоит в приближенном определении значений первой f( и второй f ” производных в узлах интерполирования х(- через разделенные разности первого и второго порядка дискретизированной исходной функции и использовании этих значений для построения сплайна S53(x). При постановке задачи принято, что интервал [х,,х|+1] между отсчетами постоянен. Величину этого интервала опять принимаем равную единице. Тогда выражения для первой разделенной разности Aft и второй разделенной разно¬ сти Л2/-, вычисляемые по трем отсчетам, имеют вид: Подставляя приближенные значения (5.95) и (5.96) первой и второй про¬ изводных в формулы (5.94), можно определить: (5.95) (5.96) (5.97)
Процедура построения интерполяционного сплайна по разработанному алгоритму является локальной, так как для построения сплайна на интервале [*/,*,•+!] в данном случае требуется только четыре отсчета интерполируемой функции fi-l ’ fi > fi+1 ’ fi+2 • Интерполирование по разработанному алгоритму также можно предста¬ вить как операцию линейной фильтрации в цифровом нерекурсивном фильтре третьего порядка (как и в описании метода интерполирования кубическими эр¬ митовыми сплайнами дефекта два S3 2(х)). Задавая значение интервала h, равным 1, подставляя формулы (5.97) для коэффициентов а}'* (/ = 0,1,2,3,4,5) в полином (5.92) и заменив аргумент х е[х,,х/+1 ] выражением (х, + р), можно найти: при 0< р<\ и / = 1,2,...,/* — 2 определим формулы для коэффициентов интер¬ полирования уц(х, + p-q) (огибающей импульсной характеристики интерпо¬ лирующего фильтра): Выражения (5.99), аналогично (5.90), также будем рассматривать как свертку на интервале [х,,х|+|] дискретной функции ft, fM, fj+2 с им¬ пульсной характеристикой yq интерполирующего фильтра, которую можно рассчитать, задавая различные значения р в формулы (5.100). Результат расче- (5.98) 2 (5.99) (5.100) Путем приравнивания правых частей выражения (5.98) и соотношения
та представлен на рис. 5.77. Огибающая характеристики симметрична относи¬ тельно центрального отсчета. Следовательно, и этот фильтр может иметь ли¬ нейную или нулевую фазовую характеристику. Практическое применение данного фильтра аналогично применению интерполирующего фильтра, строящего кубический эрмитов сплайн дефекта два. Рисунок 5.77 Огибающая импульсной характеристики интерполирующего фильтра для построения сплайна S5 3 (х) при использовании средних разностей, вычисляемых по трем отсчетам I
Оценка точности интерполирования Как уже отмечено, наиболее точное интерполирование может быть выполнено с по¬ мощью идеального интерполирующего фильтра, амплитудно-частотная характеристика ко¬ торого соответствует характеристике идеального фильтра нижних частот. Энергетический спектр изображения, подвергнутого дискретизации и последующему идеальному интерпо¬ лированию, будет совпадать с энергетическим спектром исходного непрерывного изобра¬ жения. Точность интерполирования оценивается по степени соответствия энергетического спектра исходного изображения энергетическому спектру того же изображения, подвергну¬ того дискретизации и последующему интерполированию. Точность восстановления энерге¬ тического спектра изображения определяется видом амплитудно-частотной характеристики интерполирующего фильтра. Фазо-частотная характеристика интерполирующего фильтра во внимание не принима¬ ется, так как в устройстве преобразования частоты дискретизации изображения, где прово¬ дится интерполирование изображений, применяется запоминающее устройство емкостью в один или несколько кадров. С помощью данного устройства между сигналами исходного и обработанного изображений могут быть нарушены причинно-следственные связи, отобра¬ жаемые в фазо-частотной характеристике. Запоминающее устройство при соответствующем образом организованном считывании из него информации позволяет сформировать нуле¬ вую фазо-частотную характеристику для рассмотренных выше интерполирующих фильтров с симметричной амплитудно-частотной характеристикой. Ранее мы приняли, что интерполирование в горизонтальном и вертикальном направ¬ лениях ведется одинаковыми методами и последовательно. Значит двумерная амплитудно- частотная характеристика интерполирующего фильтра может отличаться только масштабом в вертикальном и горизонтальном направлениях и будет разделимой. Рассмотрим пока только горизонтальную амплитудно-частотную характеристику, учитывая, что ее отличие от вертикальной амплитудно-частотной характеристики может за¬ ключаться только в величине частоты дискретизации (Qy вместо ). Определим выражения для амплитудно-частотной характеристики разработанных выше интерполяторов (5.93) и (5.102). Для этой цели используем прямое Фурье-преобра- зование : где f(t) - импульсная характеристика системы, амплитудно-частотную характеристику которой требуется определить. Обозначим (х-х,)^/1 и представим выражение для огибающей импульсной характе¬ ристики (5.93) фильтра, строящего сплайн S3 2(х), в виде: (5.101) I
Обозначим через Т длительность интервала дискретизации и введем безразмерное время Q = t/T. Вычислим модуль Фурье-преобразования выражения (5.101) (5.102) . (5.103) Для сравнения определим амплитудно-частотные характеристики фильтров, строящих сплайны нулевой S00(x) и первой Sn(x) степени. Огибающие импульсных характеристик этих фильтров будут иметь соответственно вид: (5.104) (5.105) Эти характеристики представлены на рис. 5.78. Амплитудно-частотная характеристи¬ ка фильтра S0 0(х) (рис. 5.78,а) может быть определена из следующего выражения: (5.106) Учитывая, что импульсная характеристика (2.55) является сверткой выражения (2.54) с самим собой, амплитудно-частотная характеристика этого фильтра будет результатом возведения (2.56) в квадрат, т.е. 7 \2 (5.107) Если используется метод интерполирования с помощью кубического В-сплайна, при котором В-сплайн используется в качестве огибающей импульсной характеристики сгла¬ живающего интерполирующего фильтра, то поскольку кубический В-сплайн можно выра¬ зить как В(©) = ^1|(©)*^11(0), амплитудно-частотная характеристика такого фильтра с учетом выражений (5.104) и (5.105) будет иметь вид
Рисунок 5.78 Импульсные характеристики интерполирующих фильтров для построения сплайнов нулевой (а) и первой (б) степени
Рассмотрим также амплитудно-частотную характеристику интерполирующего фильт¬ ра, строящего сплайн S3 3(х), составленный из кусочных кубических полиномов Лагранжа. Построим огибающую импульсной характеристики этого фильтра. Запишем выражения для кубических полиномов Лагранжа, представляющие собой участки огибающей искомой им¬ пульсной характеристики: Модуль Фурье-преобразования импульсной характеристики (5.109) имеет следующий вид: Графики, построенные по выражениям (5.102), (5.103), (5.101), (5.107), (5.108) и (5.110), представлены на рис. 5.80-5.81. Проанализировав их, можно сделать некоторые качественные заключения. 1. Амплитуда боковых лепестков амплитудно-частотной характеристики интерполи¬ рующих фильтров, строящих сплайны S0 0(x), Sj ?1(х), S33(x) имеет значительную величи¬ ну (затухание от 13,3 до 29,6 дБ в первых боковых лепестках); это может привести к замет¬ ным модуляционным искажениям при вторичной дискретизации интерполированного дис¬ кретного изображения; 2. Амплитудно-частотная характеристика фильтра с импульсной характеристикой в виде В-сплайна имеет минимальное значение амплитуды первых боковых лепестков (-53,2 дБ), однако данная амплитудно-частотная характеристика имеет наименьшие среди рассматри¬ ваемых характеристик значения в интервале [0,(Q^7^)/2], а это может привести к боль¬ шой потере резкости в интерполированном изображении по сравнению с непрерывным ис¬ ходным. 3. Амплитудно-частотная характеристика интерполирующего фильтра, строящего сплайн S53(x), имеет наибольшие значения в интервале [0,(Q^7^)/2], что позволяет со¬ хранить наибольшую резкость в интерполированном изображении, однако амплитуда пер¬ вых боковых лепестков в этой амплитудно-частотной характеристике весьма значительна (5.109) (5.110) (-33,5 дБ).
Рисунок 5.79 Амплитудно-частотные характеристики интерполирующих фильтров для построения сплайна S00 (х) (sOO), сплайна Sj х (х) (si 1)
Рисунок 5.80 АЧХ интерполирующих фильтров для построения сплайна S3 3(jc) (s333), сплайна S3 2(х) при вычислении производных по трем отсчетам (s323), сплайна S3 2(х) при вычислении производных по пяти отчетам (s325)
Рисунок 5.81 Амплитудно-частотные характеристики интерполирующих фильтров для построения сплайна S53(jc) при вычислении производных по пяти отсчетам (s535) и сплайна S5 3(x) при вычислении производных по трем отсчетам (s533)
4. Наиболее приемлемой можно считать амплитудно-частотную характеристику ин¬ терполирующего фильтра, строящего сплайн S32(x), так как в ней обеспечиваются доста¬ точные значения характеристики в интервале [0,(Q^r^)/2] при малой амплитуде первых боковых ее лепестков (-41,8 дБ). Исследуем влияние точности приближения значений производных на точность интер¬ полирования сплайнами S3 2(х) и S5 3(х). Для этого в (5.83) подставим приближенные зна¬ чения первой производной, а в формулы (5.94) значения первой и второй производных, вы¬ численных по пяти отсчетам: (5.111) (5.112) (5.113) а~, - (5.114) 532 В результате вычислений коэффициенты интерполяционного полинома (5.80) S32(x) выглядят так: Коэффициенты интерполирования pq (огибающая импульсной характеристики ин¬ терполирующего фильтра) после выполнения преобразований, аналогичных произведенным при выводе(5.91), будут следующими:
По формуле (5.114) можно определить выражение для амплитудно-частотной харак¬ теристики данного фильтра: Коэффициенты интерполяционного полинома(5.92) (сплайна S5 3(х)) определяются из выражений: Выражения для коэффициентов интерполирования уд (огибающей импульсной ха¬ рактеристики интерполирующего фильтра) выводятся аналогично(5.114) и выглядят так: По формулам (5.117) определим выражения для амплитудно-частотной характеристи¬ ки интерполирующего фильтра:
Применив Фурье-преобразование, определим выражения для амплитудно-частотной характеристики интерполирующих фильтров, строящих сплайны S32(X) и S53(x) на основе соотношений (5.111) и (5.112): (5.120) Амплитудно-частотные характеристики обоих фильтров, вычисленные по формулам (5.119) и (5.120), нанесены на графике (рис. 5.80, 5.81 соответственно). Данный график показывает, что увеличение точности приближения значений произ¬ водных позволяет увеличить значения амплитудно-частотной характеристики в интервале [0,(Q^7^)/2] (уменьшить потерю резкости в интерполированном изображении по сравне¬ нию с непрерывным исходным) и снизить уровень первых боковых лепестков на 1,7 дБ для S32(*) и на 3,2 дБ для S53(x) (что позволит уменьшить модуляционные искажения при вторичной дискретизации интерполированного изображения). Однако одинаковое увеличение точности при определении значений производных не меняет сделанных ранее качественных выводов о сопоставлении точности интерполирования сплайнами S32(x) и S5 3(x). Для количественного исследования точности интерполирования предположим, что производится двумерное интерполирование изображения одним и тем же методом в верти¬ кальном и горизонтальном направлениях. Это имеет место, например, при двумерном про¬ порциональном изменении размеров изображения. Обозначим W(o)x,o)Y) - энергетический спектр исходного непрерывного изображе¬ ния. Тогда энергетический спектр этого изображения, дискретизированного в горизонталь¬ ном направлении на частоте Qx и в вертикальном направлении на частоте Qy , будет сле¬ дующим: 00 00 Энергетический спектр исходного непрерывного изображения может быть выражен формулой
535 где KN - коэффициент приведения размерности выражений (5.121) к размерности энергии, Энергетический спектр (5.121) удовлетворяет условию теореме отсчетов (теоремы Ко¬ тельникова). Обозначив через |Н(й^,й>у)| модуль амплитудно-частотной характеристики интерпо¬ лирующего фильтра, можно получить выражение для энергетического спектра интерполи¬ рованного изображения Обозначим через ЕА энергию интерполированного изображения, сосредоточенную в прямоугольнике спектра Для определения значения полной энергии интерполированного изображения ЕР бу¬ дем принимать во внимание только энергию, сосредоточенную в прямоугольной зоне [-2,5Q^,2,5Q^]x[-2,5Qy,2,5Qy], так как энергия остальной части энергетического спек- тпя ппрнебпржымг* мяпя TTmTOMV Через Ем обозначим энергию изображения, сосредоточенную в прямоугольнике [-2,5Q^,2,5Qx]x[-2,5Qy,2,5Qy], исключая энергию этого изображения в зоне Энергию исходного изображения Е0 при соблюдении условий теоремы отсчетов можно выразить следующим образом:
Теперь из энергетических спектров исходного и интерполированного изображений можно определить следующие характеристики интерполирующего фильтра: коэффициент потери резкости КР и коэффициент модуляционных искажений Км : (5.127) (5.128) Коэффициент потери резкости Кр количественно характеризует уменьшение энергии колебаний обработанного изображения (главным образом колебаний верхних частот, от ве¬ личины энергии которых и зависит резкость изображения), сосредоточенной в прямоуголь- , по сравнению с энергией спектра исходного изображения. Коэффициент Км количественно характеризует энергию искажений в виде муаров, возни¬ кающих в интерполированном изображении вследствие нарушения условий теоремы отсче¬ тов при вторичной дискретизации интерполированного изображения. К появлению муаров может привести наличие боковых лепестков в энергетическом спектре интерполированного изображения. Непосредственное вычисление значений интегралов (5.123)—(5.126), используя в подынте¬ гральных выражениях выведенные формулы для амплитудно-частотных характеристик интер¬ полирующих фильтров, затруднительно. Поэтому значения Е0, ЕА , ЕР , Ем будем находить, применяя численное интегрирование. Так как выражение (5.121) и полученные амплитудно- частотные характеристики являются гладкими функциями, воспользуемся методом Симпсона. Результаты вычисления значений ЕА , Ер , Ем представлены в табл. 5.5. По формулам (5.127) и (5.128) и данным таблицы определим величины коэффициен¬ тов искажений Кр и Км для всех рассмотренных амплитудно-частотных характеристик интерполирующих фильтров. Результаты расчета сведены в табл. 5.6 значений коэффици¬ ентов искажений. Из таблицы можно заключить, что: 1) наименьшее значение коэффициента модуляционных искажений (Км = 0,48%) обеспечивается интерполированием с помощью фильтра, имеющего импульсную характе¬ ристику в виде В-сплайна, однако этому методу интерполирования соответствует недопус¬ тимый коэффициент потери резкости (КР = 68,3%); 2) малое значение коэффициента модуляционных искажений (Км = 3,39%) при срав¬ нительно небольшой величине коэффициента потери резкости (Кр = 22,3%) обеспечивает¬ ся интерполированием кубическим сплайном S32(x) при вычислении величин производных по пяти отсчетам; 3) наименьшее значение коэффициента потери резкости (Кр = 20,4%) при сравни¬ тельно небольшой величине коэффициента модуляционных искажений (Км = 3,56%) обеспечивается интерполированием сплайном пятой степени S53(x) при вычислении вели¬ чин производных по пяти отсчетам;
Таблица 5.5 Результаты вычислений значений ЕА, Ер, Ем № Интерполирующая функция Энергия колебаний еа Энергия всех колебаний ЕР Энергия колебаний Ем 1 Сплайн S3 2(x) (вычисление fl по трем отсчетам) 0,1095 0,1148 0,0053 2 Сплайн S53(x) (вычисление fl и f по трем отсчетам) 0,1120 0,1184 0,0064 3 Сплайн S00(x) (прямоугольная функция) 0,1045 0,1425 0,0380 4 Сплайн Sj Дх) (треугольная функция) 0,0768 0,0811 0,0043 5 Кубический В-сплайн, как импульсная характери¬ стика интерполирующего фильтра 0,0484 0,0486 0,0002 6 Сплайн S3 3(x) (кусочные кубические полиномы Лагранжа) 0,1042 0,1078 0,0036 7 Сплайн S3 2 00 (вычисление f! по пяти отсчетам) 0,1188 0,1230 0,0042 8 Сплайн S53(x) (вычисление fl и f по пяти отсчетам) 0,1217 0,1262 0,0045 Таблица 5.6 Значения коэффициентов искажений № Интерполирующая функция Коэффициент потери резкости, КР, % Коэффициент моду¬ ляционных искаже¬ ний, К м , % 1 Сплайн S32(x) (вычисление fl по трем отсчетам) 28,3 4,64 2 Сплайн S53(x) (вычисление f’ и f по трем отсчетам) 26,7 5,43 3 Сплайн S00(x) (прямоугольная функция) 31,6 26,66 4 Сплайн S, ,(х) (треугольная функция) 49,7 5,36 5 Кубический В-сплайн, как импульсная характеристика интерполи¬ рующего фильтра 68,3 0,48 6 Сплайн S33(x) (кусочные кубические полиномы Лагранжа) 31,8 3,36 7 Сплайн S3 2 (*) (вычисление fl по пяти от¬ счетам) 22,3 3,39 8 Сплайн S53(x) (вычисление fl и f по пяти отсчетам) 20,4 3,56
4) при интерполировании сплайнами S32(x) и S5 3(x) определение величин производ¬ ных по трем отсчетам вместо пяти приводит к некоторому увеличению значений коэффици¬ ентов искажений КР (22,3 до 28,3% для S32(x) и с 20,4 до 26,7% для S53(x)), но при ис¬ пользовании выражений (5.91) и (5.100) обеспечивает упрощение процесса вычисления сплайна, так как позволяет снизить порядок интерполирующего фильтра с пятого до третьего; 5) наиболее приемлемым для применения при преобразовании частоты дискретизации изображения можно считать следующий метод интерполирования: применение сплайна S3 2(х) при определении приближенных значений производных по трем отсчетам, если (как можно заключить из графиков на рис. 5.79-5.81) частота вторичной дискретизации изобра¬ жения (Q2) превышает частоту его первичной дискретизации (Qj) не более, чем в три раза (Q2 <3Qj) , и применение сплайна S5 3(x) при определении приближенных значений про¬ изводных по трем отсчетам, если частота вторичной дискретизации изображения (Q2) пре¬ вышает частоту его первичной дискретизации (Qj) более, чем в три раза (Q2 > 3Q}). Это можно объяснить так: при (Q2 <3Qj) большее значение имеет обеспечение ма¬ лых модуляционных искажений во вторично дискретизированном изображении (макси¬ мальное значение амплитудно-частотной характеристики Н8з (соТ) в первых боковых ле¬ пестках на 8,5 дБ меньше соответствующего значения такой же характеристики Н§5 з (соТ) и Км s32 меньше Км Ss3 ), а при (Q2 > 3Qj), большее значение имеет сохранение резкости в этом изображении (КР$ <КР^ ); оба сплайна могут быть построены с помощью одного и того же цифрового интерполирующего фильтра третьего порядка с переменными пара¬ метрами. Точность интерполирования оценивалась при условии, что обработка изображения в верти¬ кальном и горизонтальном направлениях производится одним и тем же методом. Практические особенности ИНТЕРПОЛИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ Разработанные алгоритмы одномерной интерполяции дискретизированно¬ го изображения, выполняемой при изменении его масштаба, являются основой для построения алгоритма быстрой двумерной обработки такого изображения. Ранее обработка дискретизированного изображения в реальном времени обыч¬ но выполнялась по принципам разделимого алгоритма, т.е. первоначально в одном направлении, а затем в перпендикулярном ему. Это создавало опреде¬ ленные трудности, связанные с организацией хранения промежуточных ре¬ зультатов вычислений. i ч 538
Современные аппаратурные средства цифровой обработки сигналов по¬ зволили осуществлять обработку изображения в двумерном варианте в реаль¬ ном времени. Двумерная процедура интерполяции изображения размерами п строк по т элементов в строке может быть представлена в виде следующего выражения: где Лт и г/п- коэффициенты интерполирования. В соответствии с (5.129) для вычисления одного результирующего значе¬ ния двумерной обработки требуется выполнить следующую группу операций. 1. Сформировать массив из 16-ти элементов исходного изображения (по 4 соседних элемента из 4-х соседних строк), между которых находится точка (рис. 5.83), в которой требуется определить значение интерполируемой функции. 2. Исходя из величин сдвига р и q внутри интервала интерполяции, при программной реализации по формулам (5.90) или (5.99) (в зависимости от сте¬ пени выбранного интерполяционного сплайна) параллельно произвести (4-4=16) вычислений значений коэффициентов интерполирующего фильтра или при аппаратурной реализации выполнить (4*4= 16) выборок коэффициен¬ тов из ПЗУ. Рисунок 5.83 К вычислению интерполированного значения яркости элемента изображения (заштрихованная область - двумерный интервал интерполяции, внутри которого находится интерполируемый элемент)
3. Параллельно выполнить (4-4 =16) умножений значений отсчетов изо¬ бражения на эти коэффициенты и (3 + 4-3 = 15) сложений промежуточных ре¬ зультатов за один интервал дискретизации изображения при его обработке в реальном времени. Для осуществления параллельной выборки из ПЗУ требуется сформиро¬ вать двумерный массив значений импульсной характеристики интерполирую¬ щего фильтра. Значения каждого отсчета двумерной импульсной характери¬ стики формируются умножением одного значения импульсной характеристики одномерного фильтра, располагаемые, например, вдоль оси х, на одно значе¬ ние такой же импульсной характеристики, расположенной перпендикулярно (в данном случае расположенной вдоль оси у). Для формирования двумерного массива значений импульсной характери¬ стики размерами п строк по п элементов в строке требуется выполнить п2 умножений. Сформированный двумерный массив значений импульсной харак¬ теристики интерполирующего фильтра позволяет осуществить параллельную выборку 16 отсчетов импульсной характеристики, необходимых для формиро¬ вания интерполированного значения параллельным методом. Чтобы проверить и при необходимости откорректировать полученные теоретические материалы [886] были разработаны пакеты специального программного обеспечения [70, 73, 72], позволившие удостовериться в правильности и эффективности разра¬ ботанных принципах и алгоритмах интерполяции. Методики экспериментальных исследований ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ РЕАЛЬНЫХ МОРСКИХ ЦЕЛЕЙ Обнаружение и выделение целей на изображениях различной природы представляет важную задачу цифровой обработки изображений [74, 319] для оптикоэлектронных РУК и систем самонаведения. Обработке подвергаются случайные поля, заданные на прямоугольной сетке пикселей и полученные с помощью матричного приемника оптикоэлектронных РУК и системы самона¬ ведения. Широкий класс алгоритмов использует локальные линейные или нелинейные операции в пределах «движущегося» или «скользящего» окна (маски) [74, 319]. Сглаживающие фильт¬ ры используются для подавления шума, простейшие алгоритмы формируют выборочное среднее, медиану или выбирают максимальное значение в пределах окна, которое определя¬ ет апертуру фильтра. При формировании и изображений выделяют точечные цели, которые за¬ нимают один пиксель, и протяженные цели, которые могут иметь различную
форму. Дифференциальные алгоритмы используются для обнаружения точеч¬ ных целей и выделения контуров протяженных. Этап 1. Производится локальное сглаживание с тем, чтобы получить оценку переменного фона. Затем эта оценка вычитается из исходного изобра¬ жения. Для оценивания фона используются фильтры «скользящего» окна с раз¬ личной апертурой. Существует множество алгоритмов обработки пикселей в пределах апертуры. Наиболее известными являются усредняющий фильтр (оператор Лапласа) и медианный фильтр. Переход к бинарному изображению производится сравнением уровня ин¬ тенсивности в каждом пикселе с порогом. При этом осуществляется выделение целей различного типа и обнаружение их на шумовом фоне. Установка порога должна быть адаптивной, чтобы обеспечить заданную вероятность ложных тревог. Для этого используются быстрые и медленные схемы адаптации[394]. Этап 2. Это следующий этап за пороговой обработкой - выделение связ¬ ных элементов: линий и контуров. Этап 3. Позволяет отнести цель к одному из заданных классов. Реальные изображения содержат цели нескольких типов: точечные, линей¬ ные, протяженные зоны, сегменты и др. Шум и помехи включают импульсные компоненты, которые затрудняют обнаружение и выделение целей на изображе¬ нии. Наблюдения y(i9j) в точке (/,/) представляет результат взаимодействия «чистого» сигнала s(i9j) и шума i = О, 1, ... 9Р-1, j = О, 1, ... ,Q-\. Предположим, что белый шум и сигнал взаимно независимы. Наиболее часто используется аддитивная модель взаимодействия y(ij) = s(i9j) + 7j(i9j). Оптические изображения обычно содержат сигнально-зависимые (дробовые) компоненты и неизвестные нестационарный фон. Поэтому более подходящей оказывается мультипликативная модель y(i,j) = [\ + a-s(i,j)]-7j(i,j) + b, где па¬ раметры а и b зависят от типа фотодетектора и полагаются неизвестными константами в пределах апертуры фильтра. Статистика шума обычно неизвестна. Часто используется гауссовское и экспоненциальное вероятностные распределения, но для помехи, вызванной местными предметами, более подходящими являются модели, включающие логарифмически-нормальное распределение и распределение Вейбулла. Рассмотрим класс обнаружителей с быстрым порогом. Такие обнаружите¬ ли используют скользящие окна и принимают решение о наличии цели по вы¬ боркам в этих окнах. В пределах окна обработки выбираются два окна: сиг¬ нальное окно Y , содержащее выборки у = у]9у2, • •• ,yN , и помеховое окно X , включающее выборки х = хих2, ... 9хм. Обнаружитель включает дифференциальный фильтр, выход которого z(i9j) = u(yeY(i9j))-C'v(xeX(i9j)) сравнивается с порогом. Здесь положение
окон зависит от выбранной точки отсчета (i,j) на изображении, и(у е Y{iJ)) - сигнальная (тестовая) статистика, v(x eX(i9j)) - помеховая статистика. Апертуры окон могут иметь разнообразную форму, однако самыми распространенными яв¬ ляются квадратные окна и квадратные рамки (окна с исключением центральных областей). Расположение сигнального и помехового окон обычно выбирается таким, что сигнальное окно помещается внутри помехового. Однако встречаются ситуации, когда сигнальное окно лучше поместить снизу, сверху или сбоку от помехового. Эти ситуации характерны для ре¬ альных изображений, содержащих границы участков, например, для изображения местно¬ сти с линией горизонта. Смещение тестируемых отсчетов часто помогает обнаружить цель, но ведет к искажениям ее формы. Размеры окон обычно выбираются с учетом локальной однородности фона. Обнаружитель с быстрым порогом принимает решение о наличии цели, если u(yeY(i,j))>L(veX(i,j)), где L(veX(i,j)) - пороговая функция (адап¬ тивный порог), использующая выборки в помеховом окне. Адаптация порога в данном случае соответствует обучению по классифицированной помеховой (фоновой) выборке. В параметрических задачах желательно, чтобы статисти¬ ка v(x) была достаточна для неизвестных параметров помехи. Тогда можно обеспечить оптимальность алгоритма обнаружения в классе несмещенных и подобных. В случае применения дифференциального фильтра алгоритм обнаружения имеет вид и(у eY(i,j))-c-v(x е X(i,j))>T(i,j), где Г(-) - порог, устанавливае¬ мый исходя из требуемой вероятности ложной тревоги. Для обнаружения точеч¬ ных целей (при N = 1) используется алгоритм y(i,j))-c-v(xeX(i,j))>T(i,j), при этом тестовый отсчет обычно берется в центре окна X и исключается из по¬ мехового окна. В ряде случаев оказывается возможным использовать нулевой по¬ рог Г(-) = 0 . Тогда обнаружитель принимает вид y(ij)) > с-v(xe X{iJ)), и управляется единственной пороговой константой. Важно, чтобы помеха в помеховом окне была такой же, как в сигнальном окне, т.е. помеха должна быть однородной. Это требование тем труднее вы¬ полнить, чем больше сигнальных и помеховых выборок используется. Воз¬ можно, что часть помеховых выборок на самом деле содержит другие полез¬ ные сигналы, либо «поражена» помехой, отличающейся от помехи в анализи¬ руемых сигнальных каналах. Это приводит к существенному ухудшению ка¬ чества обнаружения, если не приняты специальные меры. В частности, можно провести предварительную выбраковку резко отличающихся (аномальных) выборок помехи. Соответствующая операция называется цензурированием. Она незначительно уменьшает число помеховых выборок, но позволяет уменьшить влияние неоднородности помехи, т.е. повысить устойчивость или робастность алгоритма.
Весьма негативное влияние на работу таких обнаружителей оказывает резкая смена вида помехи в пределах скользящего окна - кромки помехи (гра¬ ницы участков), поскольку они не удаляются цензурированием. Это требует специальных мер обнаружения кромок и адаптации самих окон (апертур) [220]. Обнаружитель с порогом по среднему включает наиболее распространен¬ ный вариант пороговой функции с суммированием (усреднением) помеховых выборок (суммирующим порогом) и представляет Average - Detector или А - Detector. Используются также другие обозначения обнаружителя, отра¬ жающие формирование порога: Mean-Level-Detector (порог по среднему уровню), Cell - Averaging - Detector (порог с усреднением по ячейкам). м Алгоритм обнаружения для N = 1 записывается в виде y>cl^^xk , где k=1 Cj - пороговая константа. В общем виде этот класс обнаружителей может ис¬ пользовать нелинейные (безынерционные) преобразования опорных выборок и м представляется в виде у/(у)> c^£ji/{xk) + , где с0 и сх - пороговые констан- к=1 ты. В частности, при логарифмическом преобразовании получается м Log-A-Detector log(j)>q^log(xA:) + c0. Алгоритм с порогом по медиане к=1 или Med-Detector имеет вид у > с2 -med^,^, ... ,хм), где с2 - пороговая константа. Алгоритм с порогом по максимуму или Max-Detector имеет вид у > с3 •max(x1,x2, ... jcM), где с3 - пороговая константа. В случае с3 = 1 получа¬ ла ем знаковый алгоритм ^sgп(у-хк)>М, обладающий непараметрическими к=1 свойствами. При с3 ф 1 алгоритм можно считать квазинепараметрическим (т.е. почти параметрическими). Алгоритм Хаббарда или Н-Detector имеет вид ' М! 2 М . Помеховые выборки разбиты на две группы. При у >с3 max £хк, ^ хк V к=1 к=М/2+\ , этом их число полагается четным. Такое формирование порога позволяет снизить вероятность ложной тревоги при появлении кромок помехи. Другое название алгоритма Greatest Off - Detector. Для обработки изображений ис¬ пользуется разбиение апертуры на четыре квадранта. Недостатком алгорит¬ мов с быстрым порогом является существенная зависимость их характери¬ стик от вида распределения помехи. Для улучшения качества алгоритмов можно использовать комбинированное формирование порога. Например,
комбинирование схем A-Detector и М- Detector дает алгоритм SM k_^xk +с2 max(jcl9 ... ,хм). Комбинирование порогов по¬ зволяет расширить класс обнаружителей. В ряде случаев чувствительность к виду распределения помехи можно уменьшить введением адаптации с учетом предыдущих решений, т.е. форми¬ рованием так называемого медленного порога. Решение на п -м шаге о наличии полезного сигнала принимается, если uri>Ln(dn_]9dn_2, ...), где предыдущие решения dn_l9dn_2, ... классифицируются как ложные выбросы. Алгоритм можно переписать в виде dn =step(w„ -Ln), где Ln=Ln(dn_{,dn_2, ...) - функция «медленного» порога, я = 0, 1, 2, .... В про¬ стейшем варианте он включает рекуррентное формирование порога по форму¬ ле Ln+X -Ln +an(dn -£п), где ап - величина изменения порога на п-ы шаге. Последовательность {£„} состоит из нулей и единиц и представляет эталонную (возможно, случайную) последовательность с заданной вероятностью появле¬ ния единиц. Эта вероятность совпадает с требуемой вероятностью ложной тре¬ воги. Начальное значение порога Ь0 может быть задано достаточно произволь¬ но, но от этого значения зависит время установления порога в стационарном режиме. В случае комбинирования быстрого и медленного порогов формирователь порога использует статистику v(y) и предыдущие решения dn_x,dn_2, ..., по¬ скольку их знание позволяет полнее учесть имеющуюся информацию: ип > Ln(vn,dn_udn_2, ...). При этом достигается существенное уменьшение вре¬ мени установления порога. Расчет характеристик обнаружения алгоритмов связан с заданием распре¬ деления сигнала и помехи. Наиболее часто используется экспоненциальное распределение E(J30) помехи /0 (х) = (1 / /?0) exp(-jt / /?0). Оно соответствует выходу квадратичного амплитудного детектора: /0 (jt) = (1 / /?0) ехр(-х / /?0). Считается, что на входе детектора с характеристикой x = R2 /2 действует уз¬ кополосный гауссовский шум с огибающей R и средней мощностью (диспер¬ сией) /?0. Представляет интерес исследование потерь качества обнаружения различных алгоритмов локального сглаживания нестационарного фона в зави¬ симости от размеров помехового окна, и сравнение со случаем фиксированного порога. Исследовались алгоритмы быстрого порога по среднему, по медиане и по максимуму. SM к \Хк ’ где сх - пороговая константа, является оптимальным (по критерию Неймана- I
Пирсона в классе несмещенных и подобных алгоритмов) в случае экспоненци¬ ального распределения E(J30) помехи на выходе квадратичного амплитудного детектора: f0(x) = ( 1/ /?0)ехр(-х/ J30). Считается, что на входе детектора с ха¬ рактеристикой x = R2 /2 действует узкополосный гауссовский шум с огибаю¬ щей R и средней мощностью (дисперсией) /30. При отсутствии полезного сигнала величина у имеет такое же распреде¬ ление /о (.у), а при появлении полезного сигнала распределение меняется в за¬ висимости от характера амплитудных флуктуаций сигнала. Для модели Swerling I на выходе квадратичного детектора имеем экспоненциальное рас¬ пределение fi(y) = (1 / Л) exp (-у / Д), Д = Д,(1 + d), а величина d представля¬ ет среднее отношение сигнал/шум на входе детектора (для решающей стати¬ стики она является дефлекцией, т.е. отношением разности математических ожиданий при двух гипотезах к среднеквадратическому значению при отсутст¬ вии сигнала). Вероятность правильного обнаружения определяется общими выраже- ниями D = /lOOdjOdz или D= J^/iCvX Г w(z)dz)dy. Внутренний интеграл в первом выражении представляет условную (при фиксированном по¬ роге) вероятность правильного обнаружения Р(у >clz\z,Hl) = = Рх (z) = (y)dy , которая зависит от модели флуктуаций полезного сигнала. JcjZ Вертикальная черта в скобках отделяет условие. Известно, что A-Detector является в этом случае оптимальным обнару¬ жителем в классе несмещенных подобных правил [74]. Обозначим z = 'J'j^xk , тогда вероятность превышения порога есть вероятность события у > cxz. Ус¬ ловная вероятность ложной тревоги (при фиксированном значении z) равна P(y>clz\z,H0) = P0(z)= f0(y)dy = exp(-cxz //30). Случайная величина z JcjZ имеет гамма-распределение w(z)~r(M,/?0). Безусловная вероятность ложной тревоги вычисляется по формуле F = P0(z)w(z)dz и равна F = (l + c1)_M. Обозначив a = -lgF, получаем формулу для расчета пороговой константы с1=Ю"/м-1. Если учесть, что Д, = (1 / М)^^_^хк есть эффективная оценка неизвестно¬ го параметра масштаба /?0 (интенсивности шума), то алгоритм приводится к
виду у > Сх • Д), где коэффициент Сх - сх • М . Для известного значения J30 фик¬ сированный порог по критерию Неймана-Пирсона принимает значение yNp = С0-До, где С0 = а / Ige. Нетрудно убедиться, что вследствие флуктуаций оценки Д) адаптивный порог имеет большую пороговую константу, чем фик¬ сированный, т.е. Сх > С0 для одного и того же значения а = -lgF . Для модели флуктуаций сигнала Swerling I условная вероятность пра¬ вильного обнаружения Px(z) = exp[-cxz/J30(l + d)\, поэтому вероятность пра¬ вильного обнаружения рассчитывается по формуле D = (1 + сх / (1 + d))~M . Введя b = -\gD и a = -lgF, можно рассчитать пороговую дефлекцию dD F = Cj / (10b/M -1) -1 = (10аШ -10ЫМ ) / (10b/M -1) . Для алгоритма Med - Detector с порогом по выборочной медиане вероят¬ ность правильного обнаружения равна D = K{(g + h + l)(g + h + 2)...(g + M)}~1, где g = с / (1 + d) и коэффициент К зависит от числа помеховых выборок. В случае нечетного числа М = 2h +1 этот коэффициент равен Kodd - ММ /?!, а для четного числа M = 2h можно получить Kevm = 2M\{(g + M)(h - \)\}~х. Вероят¬ ность ложной тревоги получается из этих выражений при замене g на с . В случае алгоритма Max-Detector с порогом по максимуму обозначим z = max(x1,x2,...,xM), тогда вероятность превышения порога есть вероятность события у > cxz. Случайная величина z имеет распределение w(z) = MF0m_1(z)/0(z), где F0(z) есть функция распределения, соответствую¬ щая плотности помехи /0(z). Можно показать, что вероятность правильного обнаружения равна D = {(1 + g)(l + g / 2)...(1 + g / М)}-1. Заметим, что в случае фиксированного порога в задаче обнаружения из¬ менения масштаба экспоненциального распределения характеристики обнару¬ жения имеют вид D = Fl/(1+i/), а пороговая дефлекция d^F - alb-1. На рис. 5.84 представлены зависимости пороговой дефлекции в децибелах по уровню D = 0,9 (при Ь = 0,046) от М для указанных алгоритмов при F = 10“2. Кривая 1 соответствует алгоритму A-Detector , кривая 2 - алгоритму Med - Detector , а кривая 3 - алгоритму Мах - Detector . Штриховая линия по¬ казывает минимальную дефлекцию d$ =16,3 дБ для фиксированного порога в случае известного параметра /?0. Анализ показывает, что потери в пороговой дефлекции существенны при высоких требова¬ ниях к уровню вероятности ложной тревоги. Алгоритм с порогом по максимуму вносит максимальные потери.
Наличие нестационарного тренда в изображениях приводит к необходимости использования ло¬ кального сглаживания для оценивания неизвестного уровня тренда. Важной задачей является исследование влияния типа локального сглаживания на искажения сигнальных изображений. На рис. 5.85 представлена коллекция тестовых объектов для исследования алгоритмов фильтрации. Рассматривался дифференциальный алгоритм z(i,j) = y(i,j)-v(xeX(i,j)) с квадратной апертурой X различного размера. Сигнальный отсчет располагался в центре апертуры. Рисунок 5.84 Пороговые дефлекции в зависимости от числа помеховых выборок для F = 10-2 Рисунок 5.85 Тестовые объекты для исследования алгоритмов фильтрации
Анализ трех рассмотренных вариантов дифференциальных фильтров по¬ казал, что алгоритм Med-Detector с выборочной медианой лучше выделяет точечные и линейные цели, чем алгоритм А - Detector с усреднением по апер¬ туре, но подавляет контуры протяженных целей. Алгоритм Мах - Detector с выбором максимального значения дает удвое¬ ние контуров: точка превращается в квадрат, линия - в прямоугольник, а ок¬ ружность превращается в две концентрические окружности. Кроме того, рису¬ нок контуров инвертируется по яркости, что требует инвертирования выходно¬ го сигнала фильтра. Воздействие шума вызывает ухудшение качества выделения целей на изо¬ бражении. Результаты фильтрации на фоне аддитивного гауссовского шума с использованием квадратной апертуры 3x3 приведены на рис. 5.86-5.88. В слу¬ чае медианного сглаживания наличие шума способствует несколько лучшему проявлению протяженных целей. Рассмотрено влияние смещения сигнального отсчета от центра помехового окна. Хорошо за¬ метно, что если сигнальное окно располагается в центре помехового, то форма сигналов не изменяется. Если же сигнальное окно сдвинуто вниз относительно центра, то появляются за¬ метные искажения формы сигналов. Этот эффект проявляется и на реальных изображениях. Такое смещение улучшает качество выделения целей на кромках помехи, хотя протяженные цели при такой обработке теряют часть своих фрагментов. На рис. 5.87-5.89 изображен результат фильтрации тестовых объектов в аддитивном гауссовском шуме с помощью алгоритма Med - Detector. Смещение в данном случае позволило улучшить выделение части границ протяженных целей. Рисунок 5.86 Результат фильтрации алгоритмом А - Detector при действии аддитивного гауссовского шума Рисунок 5.87 Результат фильтрации алгоритмом Med - Detector при действии аддитивного гауссовского шума
Анализ работы алгоритмов проводится также на реальных тепловизион¬ ных изображениях, одно из которых показано на рис. 5.90. На рис. 5.91 приведен результат фильтрации с использованием усредняю¬ щего алгоритма сглаживания A-Detector, рис. 5.92 показывает обработку с помощью алгоритма Max-Detector с инвертированием. Сигнальный отсчет при этом выбирается в центре помехового окна 3Х3. Алгоритм с выборочной медианой оказывается в этом варианте неработо¬ способным. Однако после применения смещения сигнального отсчета вниз по¬ мехового окна Med - Detector позволяет получать достаточно хорошее качест¬ во выделения объектов (рис. 5.93). Рисунок 5.90 Реальное оптическое изображение Рисунок 5.91 Результат фильтрации реального изображе¬ ния алгоритмом А - Detector 549 Рисунок 5.88 Результат фильтрации алгоритмом Мах - Detector с инвертированием при дей ствии аддитивного гауссовского шума Рисунок 5.89 Результат фильтрации алгоритмом Med - Detector со смещением при действии аддитивного гауссовского шума
Рисунок 5.92 Результат фильтрации реального изображения алгоритмом Мах - Detector с инвертированием Анализ методов выделения контуров НА ТЕПЛОВЫХ ДИСКРЕТИЗИРОВАННЫХ изображениях МОРСКИХ ЦЕЛЕЙ ДВУМЕРНЫМИ ЦИФРОВЫМИ ФИЛЬТРАМИ Линейная цифровая фильтрация изображений позволяет осуществить предварительную обработку исходно¬ го изображения для устранения иска¬ жений этого изображения или для придания ему требуемых при его дальнейшей обработке свойств (на¬ пример, достижения требуемой рез¬ кости или контрастности). Линейная цифровая фильтрация используется при выделении на поле исходного изображения заданных целей извест¬ ной формы и ориентации, а также при оценке характеристик этих целей. Нелинейными методами цифро¬ вой фильтрации, применяемыми на практике при решении сходных задач, являются медианная фильтрация изо¬ бражения, метод обработки, бази¬ рующийся на преобразовании гисто¬ грамм участков изображения, и мето¬ ды, основанные на оценивании ло¬ кальных статистических характери¬ стик. Главной задачей, которая возникает при выделении на обработанном изображении заданной цели или заданных целей, являет¬ ся определение границ между полями изо¬ бражения, содержащими искомую цель или искомые цели, и полями изображения, со¬ держащими фон или цели, не представ¬ ляющие интереса при осуществлении из¬ бирательного поражения. Рисунок 5.93 Результат фильтрации реального изображения алгоритмом Med - Detector со смещением
Поскольку величина и положе¬ ние границ между полями изображе¬ ния в значительной степени опреде¬ ляется геометрическими, амплитуд¬ ными и статистическими свойствами обработанного изображения, разра¬ ботаны и известны только частные решения задачи выделения границ методом определения порога бинари¬ зации. Таким образом, проблема оп¬ ределения адаптивного порога бина¬ ризации обработанного теплового изображения является актуальной за¬ дачей. Большинство реальных тепловых дискретизированных изображений являются неоднородными, т.е. содер¬ жат области с различными статисти¬ ческими характеристиками. Разделе¬ ние изображения на составляющие его области или объекты (сегмента¬ ция) представляет важную задачу цифровой обработки изображений [74, 319]. Обработке подвергаются случайные двухмерные поля, задан¬ ные на прямоугольной сетке элемен¬ тов изображения (пикселей) и полу¬ ченные с помощью светочувстви¬ тельной матрицы оптикоэлектронной системы самонаведения. Как правило, алгоритмы сегмен¬ тации основываются на одном из двух базовых свойств изображения: раз¬ рывности и однородности. В первом случае подход состоит в разбиении изображения на основании резких из¬ менений характеристик сигнала, таких как, например, перепады яркости на изображении. Вторая категория мето¬ дов использует разбиение изображе¬ ния на области, однородные в смысле заранее выбранных критериев. Рисунок 5.94 Исходное изображение корабля Можно выделить основные виды разрывов оценки яркости на изобра¬ жении: точки, линии и перепады. Рассмотрим свойства алгоритмов преобразования изображений с ис¬ пользованием сглаживающих локаль¬ ных окон. На рис. 5.94 представлено исходное изображение. Общий алгоритм фильтрации изображения /(i,j), / = 0, 1, ...,М -1, j- 0, 1, ...Д-1 в окне размером тхп с маской w(k,l) имеет вид (5.130) где а = (т-1) / 2, b = (п -1) / 2 . На рис. 5.95 показаны два вариан¬ та сглаживающих масок для окна 5x5. Фильтр с первым вариантом мас¬ ки (рис. 5.95,а) осуществляет одно¬ родное или скользящее усреднение. Второй вариант маски (рис. 5.95,6)
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 2 1 2 3 4 3 2 3 4 10 4 3 2 3 4 3 2 1 2 3 2 1 а) 6) Рисунок 5.95 Сглаживающие маски для окна 5x5: а - однородное усреднение; б - взвешенное усреднение обеспечивает взвешенное усреднение в соответствии с гауссовской функци¬ ей (гауссианом), что уменьшает рас¬ фокусировку изображения. Результа¬ ты однородного и взвешенного ус¬ реднения показаны на рис. 5.96,а,б соответственно. На рис. 5.97,а,б показаны резуль¬ таты сглаживания медианным фильт¬ ром и фильтром с выбором макси- Рисунок 5.96 Результат усреднения исходного изображения: а - однородное усреднение; б - взвешенное усреднение
мального значения. На рис. 5.97,в ис¬ пользован фильтр с выбором мини¬ мального значения, а на рис. 5.97,г - фильтр с полусуммой максимального и минимального значений. В послед¬ нем случае наблюдается эффект уд¬ воения контуров. Обработка дифференциальными фильтра¬ ми призвана увеличить резкость изображе¬ ния. Кроме того, она используется для об¬ наружения точек и выделения контуров на изображении. Фильтры используют опера¬ торы градиента и второй производной. Ниже на рис. 5.98 и рис. 5.99 со¬ ответственно приведены горизон¬ тальная и вертикальная маски опера¬ тора Превитта и оператора Собела, которые позволяют вычислить двух¬ мерный градиент в центральной точке маски. Маски оператора Собела ис¬ пользуют различные коэффициенты для придания большего веса средним точкам и уменьшения эффекта сгла¬ живания. Это также уменьшает влия¬ ние шума угловых элементов. Величина градиента приближен¬ но вычисляется через абсолютные зна¬ чения частных производных по гори¬ зонтали \GX\ и вертикали \Gy\: V/ =| Gx | +1 Gy |. На рис. 5.100,а,б со¬ ответственно приведены результаты вычисления абсолютных величин | Gy \ и | Gx | с использованием масок опера¬ тора Собела для окна. На рис. 5.100,в представлено распределение углов a(i, j) = arctg(Gy /Gx) между направ¬ лением вектора градиента в точке (i,j) и осью х. Модуль вектора гра¬ диента представлен на рис. 5.100,г. Малые отклонения между значе¬ ниями градиентов V/ и углов а ме¬ жду двумя точками служат основани¬ ем для объединения этих точек при связывании контуров. Производная второго порядка приближенно формируется с помо¬ щью оператора лапласиана. Соответ¬ ствующая маска для окна 5x5 приве¬ дена ниже и должна иметь значение Л = 0 в центральном элементе (рис. 5.101). Как правило, лапласиан в чис¬ том виде оказывается весьма чувстви¬ тельным к шуму (рис. 5.102). В соче¬ тании со сглаживанием он применя¬ ется для предварительного обнаруже¬ ния контуров в точках пересечения нулевого уровня. Для усиления высо¬ ких частот используются значения А > 1, например А = 1,7 . Дифференциальный фильтр мо¬ жет быть построен с использованием порядковых статистик. На рис. 5.104,а представлен дифференциальный фи¬ льтр с выборочной медианой в преде¬ лах окна 5x5. Как можно заметить, в результате такой обработки подавля¬ ются сплошные области. На рис. 5.104,6 изображен ре¬ зультат применения фильтра с выбо¬ рочным максимумом в пределах окна 5x5. Для лучшего выделения конту¬ ров изображение инвертировано. Оно практически такое же, которое дает градиент (рис. 5.104,г). Использование выборочного ми¬ нимума в пределах окна представлено на рис. 5.104,в. Результат аналогичен предыдущему. На рис. 5.104,г фильтр использует полусумму выборочных значений максимума и минимума.
Рисунок 5.97 Результат сглаживания исходного изображения в окне 5x5: а - медианным фильтром; б - фильтром с выбором максимального значения; в - фильтром с выбором минимального значения; г - фильтром с выбором полусуммы максимального и минимального значения
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 0 -1 -1 1 1 0 -1 -1 1 1 0 -1 -1 1 1 0 -1 -1 1 1 0 -1 -1 о) 6) Рисунок 5.98 Маска оператора Превитта: а- в вертикальном направлении; б- в горизонтальном направлении 1 2 3 2 1 2 3 4 3 2 0 0 0 0 0 -2 -3 -4 -3 -2 -1 -2 -3 -2 1 1 2 0 -2 -1 2 3 0 -3 -2 3 4 0 -4 -3 2 3 0 -3 -2 1 2 0 -2 -1 а) 6) Рисунок 5.99 Маска оператора Собеля: а- в вертикальном направлении; б - в горизонтальном направлении
в) г) Рисунок 5.100 Результаты вычисления параметров исходного изображения: а - составляющая градиента вдоль вертикальной оси; б - составляющая градиента вдоль горизонтальной оси; в - распределение значений углов вектора градиента по изображению: г - модуль вектора градиента изображения
0 0 -1 0 0 0 -1 -2 -1 0 -1 -2 16 -2 -1 0 -1 -2 -1 0 0 0 -1 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 А+24 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 Рисунок 5.101 Маски оператора лапласиан Рисунок 5.102 Рисунок 5.103 Использование маски лапласиан Результат сравнения обработки исходного с усилением высоких частот изображения с нулевым порогом
Рисунок 5.104 Результаты обработки исходного изображения в фильтре с использованием порядковых статистик: а - в дифференциальном фильтре с выборочной медианой; б - в дифференциальном фильтре с выборочным максимумом (изображение инвертировано); в - в дифференциаль¬ ном фильтре с выборочным минимумом; г - в дифференциальном фильтре с полусуммой максимума и минимума
а) б) Рисунок 5.105 Результаты выравнивания гистограмм исходного изображения: а - результат глобального выравнивания гистограммы; б - результат выравнивания гистограмм в окне 5x5 На рис. 5.105 показаны результа¬ ты выравнивания гистограмм исход¬ ного изображения. Рис. 5.105,а соот¬ ветствует глобальной обработке (т.е. обработке, при которой анализирует¬ ся вся площадь изображения), кото¬ рая обычно используется для улуч¬ шения качества изображения цели¬ ком, а рис. 5.105,6 - выравниванию гистограмм в пределах локального окна 5x5. В последнем случае эффект выравнивания локальных гистограмм похож на результат дифференциаль¬ ной фильтрации. Статистические характеристики изображений включают разнообраз¬ ные выборочные средние, такие как выборочные моменты и кумулянты, а также связанные с ними нормирован¬ ные отношения. Сюда же можно от¬ нести выборочные оценки корреляци¬ онных и спектральных характеристик. Оценивание математического ожида¬ ния в окне с помощью сглаживающе¬ го фильтра представляет частный случай формирования статистических характеристик. Оценивание статистических характеристик в локальном окне позволяет перейти к пре¬ образованным изображениям, которые бо¬ лее ярко отражают те или иные признаки, скрытые в исходном изображении. В част¬ ности, оценивание выборочного второго момента (или мощностной портрет) позво¬ ляет убрать влияние элементов с низкой яр¬ костью и подчеркнуть более яркие детали. На рис. 5.106,я,б представлены соответственно исходное изображе¬ ние, сглаженное в локальном окне 5x5, и мощностной портрет исходно¬
а) б) Рисунок 5.106 Оценки вычисления моментов изображения в локальном окне 5x5: а - оценка математического ожидания (сглаженное изображение); б - оценка второго мо¬ мента (мощностной портрет) го изображения, сформированный по формуле На рис. 5.107,а представлена оценка дисперсии в локальном окне 5x5, т.е. дисперсионный портрет. На рис. 5.107,6 изображено нормирован¬ ное отношение корня квадратного из дисперсии к среднему (выборочный коэффициент вариации). Такое пре¬ образование можно использовать для выделения контуров изображения. Выборочная асимметрия (третий центральный момент) в локальном окне вычисляется по формуле Здесь f{ij) - оценка математическо¬ го ожидания, т.е. результат сглажива¬ ния исходного изображения. На рис. 5.108,« изображен порт¬ рет асимметрии в локальном окне 5x5. Поскольку асимметрия возраста¬ ет на кромках изображения, она мо¬ жет служить основой для выделения контуров. Рис. 5.108,6 показывает ре¬ зультат логарифмического преобразо¬ вания асимметрии. На рис. 5.109,а показан выбороч¬ ный коэффициент асимметрии, т.е. асимметрия, нормированная к дис¬ персии в степени 3 / 2 . Эта величина симметрично распределена относи¬ тельно нулевого значения, что можно использовать для реализации порого¬ вой обработки. Результат сравнения с нулевым порогом представлен на рис. 5.109,6.
Рисунок 5.107 Оценка дисперсии в локальном окне 5x5: а - дисперсионный портрет); б - отношение корня квадратного из дисперсии к среднему Рисунок 5.108 Оценка асимметрии в локальном окне 5x5: а - портрет асимметрии; б - результат логарифмического преобразования асимметрии 561
Рисунок 5.109 Результаты обработки на основе вычисления выборочного коэффициента асимметрии в локальном окне 5x5: а - оценка коэффициента асимметрии; б - результат сравнения коэффициента асимметрии с нулевым порогом Рисунок 5.110 Результаты обработки на основе вычисления выборочного эксцесса в локальном окне 5x5: а - оценка эксцесса; б - выборочный коэффициент эксцесса
Выборочный эксцесс (четвертый центральный момент) в локальном окне вычисляется по формуле Здесь f(ij) - оценка математическо¬ го ожидания, т.е. результат сглажива¬ ния исходного изображения. На рис. 5.110,а изображен порт¬ рет эксцесса в локальном окне 5x5, а на рис. 5.110,6 - выборочный коэф¬ фициент эксцесса, т.е. эксцесс, нор¬ мированный на квадрат дисперсии. Заметен характерный эффект удвое¬ ния контуров. Поведение выборочного коэффициента асимметрии и выборочного эксцесса во многом сходно с поведением операторов градиента (первой производной) и лапла¬ сиана (второй производной). Однако обра¬ ботки, выполняемые на основе анализа вы¬ борочного коэффициента асимметрии и выборочного эксцесса, по своей сути явля¬ ются сглаживающими операторами, т.е. в них отсутствуют операции дифференциро¬ вания в чистом виде, которые выполняются при формировании градиента и лапласиана. По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы [74,319]. 1. Взвешенное усреднение ис¬ ходного изображения обеспечивает требуемое качество понижения уров¬ ня шумов в этом изображении, вы¬ полняемое на этапе его подготовки к процедуре сегментации. 2. Дифференциальный цифровой фильтр, выполняющий обработку ис¬ ходного изображения по алгоритму Собела, обеспечивает требуемое ка¬ чество выделения областей располо¬ жения контуров присутствующих на поле изображения целей. 3. Применение обработки изо¬ бражения в цифровом фильтре, реали¬ зующем оператор лапласиан, позволя¬ ет локализовать контура присутст¬ вующих на поле изображения целей. 4. Применение метода оценива¬ ния локальных статистических харак¬ теристик изображения позволяет уточнить зоны расположения конту¬ ров присутствующих на поле изобра¬ жения целей и повысить точность их локализации, что обеспечивает усло¬ вия более уверенной сегментации этого изображения. Анализ результатов статистической обработки РЕАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ МОРСКИХ ЦЕЛЕЙ Тепловое изображение позволяет по¬ высить эффективность обнаружения на поверхности моря нагретых предметов. Кроме того, ИК-съемка позволяет вести наблюдение в темное время суток [74]. Обнаружение и выделение целей на теп¬ ловых изображениях представляет важную задачу цифровой обработки изображений [74, 319, 354]. Важным этапом при этом является сегментация. Обработке подвер¬ гаются случайные поля, заданные на пря¬ моугольной сетке элементов изображения и полученные с помощью оптоэлектрон¬ ной матрицы.
Особенностью изображений, получае¬ мых такими системами, является наличие различных областей, связанных с излучени¬ ем от неба, морской поверхности и различ¬ ных объектов (кораблей) на воде. Как пра¬ вило, на изображении четко различается линия горизонта. Пример реального тепло¬ вого изображения ближнего ИК-диапазона спектра электромагнитных волн (3-5 мкм), полученного после преобразования в элек¬ трические сигналы и далее в массив цифро¬ вых данных, приведен на рис. 5.111. Рисунок 5.111 Пример реального теплового изображения Для решения задач обработки изо¬ бражения представляет интерес исследова¬ ние свойств его различных областей, в особенности анализ их статистических ха¬ рактеристик. В связи с существенной не¬ однородностью изображений потребова¬ лось ввести классификацию областей, от¬ носящихся к разным участкам неба и моря. В области неба выделялись области чисто¬ го неба, перистых облаков, мелких облаков и крупных облаков. В области моря суще¬ ствуют области без бликов, мелкие и сред¬ ние блики, а также мощные блики. Над¬ водные цели различались по дальности: близкие (до 400 м), на средней дальности (до 5 км) и дальние. Для оценки способа выделения конту¬ ров целей, составляющих анализируемое изображение, основанного на анализе ре¬ зультатов статистической обработки, выби¬ раются по десять изображений из различ¬ ных папок, соответствующих разным экс¬ периментам. На рис. 5.112-5.116 представ¬ лены изображения AZ3, AZ15, AZ17, АХ29 и more. Все изображения содержат участки неба, моря и надводные корабли. Для последующего анализа введена классификация различных областей неба, моря и кораблей (табл. 5.7). Таблица 5.7 Классификация различных областей неба, моря и кораблей Тип области Описание Обозначение НЕБО Чистое небо N1 Перистые облака N2 Мелкие облака N3 Крупные облака N4 МОРЕ Без бликов Ml Легкие и средние блики М2 Мощные блики М3 Мелкие блики М4 КОРАБЛЬ Близко (до 400 метров) S1 Средне (до 5 км) S2 Далеко (более 5 км) S3 564
Рисунок 5.112 Изображение AZ3 Рисунок 5.113 Изображение AZ15 Рисунок 5.114 Изображение AZ17 Рисунок 5.115 Изображение АХ29
Рисунок 5.116 Изображение more Для анализа характеристик на изобра¬ жениях вручную выделялись однородные участки, которые соответствовали введен¬ ной классификации областей. Выборки xtJ-, i = 1,2, ... ,NX, j = l,2,...,N2 в пределах рассматриваемого участка использовались для вычисления статистических характери¬ стик. Число выборок N = NXN2 определя¬ лось в процессе выделения. По выбранному к -му участку опреде¬ лялись следующие характеристики. 1. Среднее - среднее арифметическое 2. Дисперсия - выборочная дисперсия 3. СКО - выборочное среднеквадрати¬ ческое отклонение 4. Относительные флуктуации - выбо¬ рочный обратный коэффициент вариации y\(k) = x(k)/S(k). 5. Асимметрия - выборочный коэф¬ фициент асимметрии, представляет норми¬ рованный к S3(k) третий центральный мо¬ мент: 6. Эксцесс - выборочный коэффици¬ ент эксцесса, представляет нормированный к S4(k) четвертый центральный момент: вычитание тройки требуется для центриро¬ вания значения относительно нуля. Данные, полученные для одинаковых областей в разных изображениях из одной папки, использовались для вычисления средних характеристик по серии из М = 10 изображений. В частности, среднее арифме¬ тическое по М изображениям, дает среднее значе¬ ние сигнала в данной области. Среднее дает усредненное среднеквадратическое значение, дает средний коэффициент асимметрии, а - средний коэффициент эксцесса. Средний обратный коэффициент ва¬ риации Для каждой характеристики вычисля лось выборочное среднеквадратическое от клонение. 566
Кроме средних арифметических и среднеквадратических значений могут вы¬ числяться следующие общие характери¬ стики. 1. Коэффициент вариации kv = S / х . Характеризует относительные флуктуации сигналов. 2. Отношение среднего к медиане р-х /jtmed . Для некоторых семейств рас¬ пределений эта величина представляет параметр формы. Это относится к лог¬ нормальному распределению. Значения более 1,5 характеризуют очень «тяжелые» правые хвосты распределения. Для экспо¬ ненциального распределения оно равно 1,443. Для рэлеевского распределения значение существенно меньше 1,064. Для симметричных распределений оно равно единице. 3. Контрэксцесс к-1 /у1к + 3 . Пред¬ ставляет нелинейное преобразование коэф¬ фициента эксцесса. Характеризует форму распределения. Для любых распределений он изменяется в пределах от 0 до 1, что и определяет удобство применения. В частно¬ сти, для распределения Коши контрэксцесс равен нулю, для гауссовского распределе¬ ния - 0,577, для распределения Лапласа - 0,408, для равномерного - 0,745. 4. Отношение эксцесса к квадрату асимметрии х ~ КI Л2. Это отношение по¬ лезно для анализа несимметричных плотно¬ стей, поскольку для симметричных оно стре¬ мится к бесконечности. Теоретически эта ве¬ личина практически постоянна и равна 1,5... 1,7 для всех плотностей из семейства Вейбулла, куда входит, например, экспоненциальная плотность, у которой эта величина равна 1,5. Результаты оценок СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЛАСТЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЙ Для анализа были выбраны по десять изображений. Каждое изображение позво¬ ляет выделить области неба - N1, N2, N3, N4 и области моря - Ml, М2, М3, М4. Ко¬ рабль может быть охарактеризован как об¬ ласть SI, S2, S3. Измерения проводились тремя иссле¬ дователями независимо один от другого. Результаты оформлялись в виде отметок на плоскости. Выводы по результатам оценок 1. Относительные флуктуации обрат¬ ного коэффициента вариации изменяются в широких пределах (от нескольких единиц до 200...300) как для областей неба, так и для областей моря. Наибольшие флуктуации (наименьшие значения обратного коэффици¬ ента вариации, примерно до 30-ти) соответ¬ ствуют области моря с мелкими бликами М4, а также областям чистого неба N1 и мелким облакам N3. Наименьшие относительные флуктуации обратного коэффициента вариа¬ ции присущи перистым облакам N2. 2. Коэффициент эксцесса для чистого неба N1 колеблется около 2. Отдельные из¬ мерения дают небольшие отрицательные значения, близкие к нулю. Облака несколь¬ ко увеличивают эксцесс, примерно до 4-х. Области моря имеют коэффициент эксцесса 2...6, хотя имеются случаи больших значе¬ ний (до 15... 20). 3. Корабль показал промежуточные значения этих величин, на дальних расстоя¬ ниях S3 относительные флуктуации обрат¬ ного коэффициента вариации более замет¬ ны, значения обратного коэффициента ва¬ риации около 40.
Представление в плоскости коэффициента эксцесса и обратного коэффициента вариации ИССЛЕДОВАНИЕ №1
ИССЛЕДОВАНИЕ №3 Представление в плоскости коэффициента эксцесса и коэффициента асимметрии ИССЛЕДОВАНИЕ №1 569
ИССЛЕДОВАНИЕ №2 ИССЛЕДОВАНИЕ №3
Выводы по результатам оценок 1. Чистое небо характеризуется малы¬ ми коэффициентами асимметрии (до 0,3 по абсолютной величине). Мелкие облака N3 увеличивают положительную асимметрию до 0,5-1,0, а крупные облака могут вызвать значения до 1,5 как положительной, так и отрицательной асимметрии. Приведенные данные позволяют не¬ сколько обобщить и уточнить эти выводы [321,322,71,69]. 1. Самые большие уровни сигналов мы наблюдаем от области - моря, уровни сигналов от области неба - наименьшие. Уровни сигналов от корабля занимают про¬ межуточное значение. 2. Относительные флуктуации (коэф¬ фициент вариации) сигналов от моря не¬ сколько ниже, чем от неба. Сигналы от ко¬ рабля имеют существенно более высокие относительные флуктуации. 3. Четко видно, что при разных харак¬ теристиках моря (без бликов, редкие сред¬ ние блики, мощные блики, мелкие блики), 2. Области моря с бликами характери¬ зуются значительной положительной асим¬ метрией, до 1,5 и значительной отрицатель¬ ной асимметрией, до -3. 3. Наибольшими значениями положи¬ тельной асимметрии, до 2,0, обладают ко¬ рабли на средней и ближней дистанции. Их отличает также большой эксцесс, от 6 до 8. Результаты расчетов характеристик по областям изображений сведены в табл. 5.8. его статистические характеристики заметно отличаются друг от друга. 4. Когда море без бликов, независимо от его цвета (от светлоголубого до темноси¬ него), то асимметрия - положительная. Варьируется от десятых, до целых чисел, в пределах 0,1...7,0, практически одинакова во всех взятых нами папках. 5. Так же асимметрия не меняется по знаку, когда на море появляются блики (редкие, средние, мелкие). Появление лег¬ ких бликов не дают резких расхождений в числе асимметрии, имеет практически оди¬ наковые значения с чистым морем. 6. Асимметрия резко уменьшается до отрицательного знака при появлении мощ¬ Таблица 5.8 Характеристики по областям изображений Тип области Выборочные характеристики распределений для различных областей Средний уровень яркости Коэффи¬ циент асиммет¬ рии Коэффи¬ циент экс¬ цесса Коэф¬ фициент вариа¬ ции Отноше¬ ние сред¬ него к медиане Контр эксцесс Отноше¬ ние экс¬ цесса к квадрату асиммет¬ рии НЕБО Чистое небо 972 0,16 -0,421 0,012 0,999 0,623 -16,376 Перистые об¬ лака 1012 0,617 0,239 0,014 1,001 0,556 0,628 Дальние об¬ лака 1012 0,177 2,195 0,014 1,001 0,439 70.365 МОРЕ Легкие и средние блики 3497 -0,935 2,072 0,01 0,998 0,444 2,37 Мощные бли¬ ки 4043 -4,438 22,184 0,004 0,999 0,199 1,126 Корабль на средней дальности 1892 1,815 3,839 0,047 0,985 0,383 1,162
ных бликов. Чем ярче и ближе находятся блики друг к другу, тем меньше знак асим¬ метрии, ее значения доходят до (-4,0). 7. В области моря наблюдается толь¬ ко положительный эксцесс. Это значит, что график плотности вероятностей силь¬ нее заострен, чем у нормального распре¬ деления. 8. У моря без бликов, также как у моря с редкими, средними бликами и у моря с легкими бликами - эксцесс сильно не отли¬ чается, он варьируется в пределах 1,3...3,2. 9. У моря со сплошными бликами - эксцесс значительно больше, достигает зна¬ чения до 12,5. 10. Область моря имеет пониженный контрэксцесс, он варьируется в пределах 0,2...0,4. 11. Отношение эксцесса к квадрату асимметрии имеет небольшое значение, оно изменяется 0,8...8,4. 12. Области изображений имеют сла¬ бую корреляцию между отсчетами. 13. Распределения вероятностей по областям изображения существенно отли¬ чаются от гауссовского. 14. Уровни сигналов от области неба наименьшие, а от области моря - наиболь¬ шие, уровни сигналов от корабля занимают промежуточное положение. 15. Относительные флуктуации (ко¬ эффициент вариации) сигналов от моря не¬ сколько ниже, чем от неба, сигналы от ко¬ рабля имеют существенно более высокие относительные флуктуации. 16. Области неба имеют небольшую положительную асимметрию, увеличиваю¬ щуюся в области перистых облаков, в об¬ ласти мелких облаков асимметрия падает, область корабля отличается значительной (около 2) положительной асимметрией, для области моря характерна большая отрица¬ тельная асимметрия, увеличивающаяся до значения -4 при мощных бликах. 17. Области неба имеют незначитель¬ ный отрицательный эксцесс, корабль обла¬ дает небольшим положительным эксцессом, а области моря с мощными бликами имеют высокие (до 20) положительные значения эксцесса. 18. Области неба имеют повышенный контрэксцесс (порядка 0,6), а области моря - пониженный (до 0,2), корабль обладает контрэксцессом порядка 0,4. 19. Отношение эксцесса к квадрату асимметрии существенно варьируется в разных областях неба. Для корабля и моря это отношение невелико и меняется мало. Результаты анализа характеристик ре¬ альных тепловых изображений позволяют обосновать использование известных стати¬ стических моделей для разных областей изображения[65, 67, 68]. Выборочные куму¬ лянты и их коэффициенты могут использо¬ ваться в качестве признаков (некоординат¬ ных характеристик) соответствующих об¬ ластей изображения при их различении. Оказалось, что нелинейные преобразования изображения, в частности, степенные пре¬ образования, дают возможность реализо¬ вать адаптивную пороговую обработку при сегментации изображения. Широкий класс алгоритмов обработки изображений использует локальные линейные или нелинейные операции в пределах «дви¬ жущегося» или «скользящего» окна различ¬ ной размерности (3x3, 5x5, 9x9 и др.) [354]. Для обнаружения точечных целей и выделения контуров протяженных целей применяются алгоритмы, осуществляющие локальное дифференцирование изображе¬ ний [354]. На начальном этапе производится ло¬ кальное сглаживание в «скользящем» окне с тем, чтобы получить оценку математиче¬ ского ожидания переменного фона. В целях локального дифференцирования эта оценка вычитается из каждой точки исходного изо¬ бражения. Последующее сглаживание ли¬ нейным оператором !(•) уменьшает влия¬ ние шума, и результирующее линейное пре¬ образование имеет вид uij=L(xij-xij). Такой вид имеют известные линейные алго¬ ритмы повышения резкости и сегментации изображения, например, вычисляющие пер¬ вые и вторые производные. Сегментация изображения и выделение це¬ лей на шумовом фоне после такой обработ¬
ки осуществляется сравнением уровня вы¬ ходного сигнала фильтра с глобальным по¬ рогом. Специфика тепловых изображений позволяет установить адаптивный глобаль¬ ный порог после дифференцирующего пре¬ образования, однако вычисление значения порога представляет серьезную проблему [319, 321], так как характер и свойства эле¬ ментов полезных сигналов на изображении обычно неизвестны и зависят от условий наблюдения. Многие методы адаптации порога основаны на анализе выборочной гистограммы и выявлении возможности разделения ее пиков [319]. При этом жела¬ тельно иметь гистограмму с высокими и узкими пиками. Для нормировки области определения гистограммы можно использовать выбороч- ный размах A = xmax-xmm. Нелинейное степенное преобразова¬ ние vij.=L(xij-xij)3 позволяет после нормировки v, j / А в значительной степени обострить выборочную гистограмму. Соот¬ ветствующая выборочная функция распре¬ деления для изображения рис. 5.117 отра¬ жает это свойство и приведена на этом ри¬ сунке сплошной линией. Штриховой лини¬ ей на рис. 5.117 приведена выборочная функция распределения, полученная для изображения рис. 5.113 после линейного преобразования с последующей нормиров¬ кой Ujj / А . Указанное свойство обострения гисто¬ граммы при нормированном степенном преобразовании является достаточно уни¬ версальным, и присущим любым изображе¬ ниям, однако проявляется по-разному в за¬ висимости от статистики шума. Замечено, что его эффект обострения ослабляется, ес¬ ли шум обладает распределением с «тяже¬ лыми» хвостами, например экспоненциаль¬ ным, логнормальным и др. Результат пороговой обработки изо¬ бражения представлен на рис. 5.118. Допо- роговая обработка включала степенное пре¬ образование и сглаживание в скользящем окне 5x5 с последующей нормировкой на размах. Выбор порога производился по обо¬ стренной гистограмме, которая дает мини¬ мальное значение порога, равное 70. Рисунок 5.117 Выборочные функции распределения для изображения после нелинейного обостряющего (кривая 7) и линейного сгла¬ живающего (кривая 2) фильтров в окне 5x5 Рисунок 5.118 Результат пороговой обработки после нелинейного обостряющего преобразования в окне 5x5 573 |
Таким образом, свойства различных облас¬ тей тепловых изображений свидетельству¬ ют в пользу необходимости применения нелинейной допороговой обработки при сегментации изображения, а также при раз¬ личении областей на изображении. Налицо эффект обострения выборочной гисто¬ граммы изображения в результате степен¬ ного преобразования и последующей нор¬ мировки на размах. Этот эффект положен в основу способа установки порога сегмен¬ тации для тепловых изображений. Полученные оценки статистических характеристик можно объединить в группы. Обратное отношение коэффициента вариации 1. Наибольшим обратным коэффици¬ ентом вариации (наименьшими флуктуа¬ циями) из всех областей обладает корабль на дальнем расстоянии (S3), равным 66,47. 2. Обратное отношение коэффициента вариации от областей чистого неба (N1) ко¬ леблется около 8, затем области неба с мел¬ кими и крупными облаками (N3, N4) колеб¬ лется около 20, а в области неба с перисты¬ ми облаками (N2) колеблется около 40. 3. Обратное отношение коэффициента вариации областей моря изменяется при¬ мерно в тех же интервалах, что и неба, наи¬ меньшее значение у области моря с мелки¬ ми бликами (М4), равное 5,5, а наибольшее у области моря без бликов (Ml) и с мощны¬ ми бликами, они почти совпадают и равны примерно 27. Асимметрия 1. Коэффициент асимметрии корабля в основном положительный (0,37.... 1,8), но при близком расположении корабля асим¬ метрия становится отрицательной (-0,28). 2. Область неба обладает как положи¬ тельным, так и отрицательным коэффици¬ ентом асимметрии, и располагается в ин¬ тервале (-0,6.. .0,6). 3. Область моря обладает преимуще¬ ственно положительным коэффициентом асимметрии, колеблющемся от 0 до 1, за ис¬ ключением области моря с мощными бли¬ ками (М3), она имеет сильный отрицатель¬ ный коэффициент асимметрии -2,9. Эксцесс 1. Корабль обладает, в основном, не¬ большим положительным эксцессом, кото¬ рый колеблется от 0 до 1, но из него выби¬ вается одно из значений эксцесса от изо¬ бражения корабля на среднем удалении (S2), равное 6,43. 2. Области неба обладают, в основном, отрицательным эксцессом, небольшой по¬ ложительный эксцесс (0,23) имеет область неба с крупными облаками (N4). 3. Области моря обладают положи¬ тельным эксцессом, за исключением облас¬ ти моря с мелкими и средними бликами (М2), где эксцесс -0,24. Анализ полученных результатов оценки статистических характеристик показал, что непосредственное их использование не позволяет однозначно определять ха¬ рактер областей на изображении (море, небо, корабль). Однако линии изменения рассмотренных оценок могут быть ус¬ пешно использованы как дополнительные признаки при выявлении границы этих областей. 574 I
Результаты локальной СТАТИСТИЧЕСКОЙ КУМУЛЯНТНОЙ ОБРАБОТКИ РЕАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ОКНЕ 9x9 Эти результаты представлены исход¬ ными и обработанными изображениями фо¬ ноцелевой обстановки на рис. 5.119-5.130. Рисунок 5.121 Результат сглаживание квадратов Рисунок 5.119 IRScalled2x - исходное изображение Рисунок 5.120 Результат линейного сглаживания в скользящем окне 9x9 Рисунок 5.122 Локальная дисперсия в скользящем окне
Рисунок 5.125 Сглаживание асимметрии в скользящем окне 9Х9 k=-4/=-4 Рисунок 5.126 Сглаживание эксцесса в скользящем окне 9x9 ^2 Рисунок 5.123 Локальная выборочная асимметрия Рисунок 5.124 Локальный выборочный эксцесс
577 Рисунок 5.127 Выборочный коэффициент асимметрии Рисунок 5.129 Результат дифференцирования выборочного коэффициента асимметрии Рисунок 5.128 Выборочный коэффициент эксцесса Рисунок 5.130 Результат дифференцирования выборочного коэффициента эксцесса
Специальное программное обеспечение ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ФОРМИРУЕМЫХ ОПТИКОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ Разработанные алгоритмы пре¬ образования изображения, реализуе¬ мые в оптикоэлектронных РУК и сис¬ темах самонаведения, предварительно испытываются в моделирующей сре¬ де. Широко распространенной средой расчета и моделирования является па¬ кет Matlab. Посредством применения этого пакета могут быть успешно решены многие инженерные и расчетные задачи. Однако ряд специфиче¬ ских задач, решаемых в информационных платформах РУК и систем самонаведения, может быть решен быстрее и эффективнее, используя специальное программное обеспе¬ чение, созданное для конкретных систем и заданных условий эксплуатации (разряд¬ ность и скорость работы процессора, нестан¬ дартная разрядность переменных, точность представления коэффициентов и т.д.). Кроме того, ощущаемым недос¬ татком большинства готовых пакетов проектирования и моделирования яв¬ ляется скрытость от пользователя промежуточных результатов вычис¬ лений. Подобные сложности привели к необходимости создания для такого моделирования собственного про¬ граммного обеспечения [91, 570, 320, 563], которое является более адекват¬ ной моделью реальных условий рабо¬ ты оптикоэлектронных РУК и систем самонаведения. От выбора операционной систе¬ мы для осуществления моделирова¬ ния зависит очень многое: ■ стабильность работы программы; ■ возможность переноса (порти- рования) программы на другие физические платформы (процес¬ соры); ■ возможность использования от¬ крытых библиотек с доступным исходным кодом; ■ соблюдение стандартов языка С и C++; ■ возможность сопровождения программы при смене версий операционной системы. Из современных операционных систем можно выделить две: Windows и Linux. На стороне Windows - широ¬ кое распространение и многолетняя практика использования, а на стороне Linux - открытый код системы и ее стабильность и надежность. К досто¬ инствам Linux можно также отнести весьма широкий спектр аппаратных платформ, которые она поддерживает, в том числе и микроконтроллеры. Идеальным вариантом была бы возмож¬ ность работы разрабатываемой программы как в той, так и в другой операционной сис¬ теме. Использование различного рода эму¬ ляторов не является хорошей альтернативой из-за замедления работы и необходимости самого эмулятора. Применение языка про¬
граммирования JAVA также не вполне при¬ емлемо из-за невысокой скорости выполне¬ ния программ. Весьма хорошим вариантом было бы использование одного и того же исходного текста для компиляции в обеих операционных системах. Наиболее широкими возможно¬ стями обладает библиотека Qt, под¬ держивающая Linux, MS Windows, MacOS. Библиотека широко исполь¬ зуется, поскольку позволяет исполь¬ зовать среду программирования QtCreator и имеет средства программ¬ ной интеграции в среду программи¬ рования «MS Visual Studio». Следова¬ тельно, применение именно этой биб¬ лиотеки следует признать наиболее целесообразным. Таким образом, с точки зрения требований минимума переобучения и скорейшей адаптации разработчиков следует осущест¬ влять разработку программ под операцион¬ ную систему Windows, а окончательную доводку и проверку работы программы вы¬ полнять в Linux. Программное обеспечение со¬ стоит из нескольких частей. 1. Блок работы с файлами по¬ зволяет работать с файлами различ¬ ных типов, загружать и сохранять их после обработки. 2. Блок моделирования позволяет создавать случайные поля с различ¬ ными распределениями, а также де¬ терминированные поля с границей раздела двух сред. 3. Блок оценок позволяет выде¬ лять определенный участок изобра¬ жения и оценивать его параметры. 4. Блок обработки позволяет об¬ рабатывать загруженное или создан¬ ное изображение с помощью выбран¬ ного алгоритма. 5. Блок задания параметров окна обработки позволяет задавать вид окна обработки и его параметры. 6. Блок преобразований позволя¬ ет производить различные преобразо¬ вания с изображением, например, усиление, смешение, инвертирование. 7. Блок анализа позволяет произ¬ водить анализ изображения по стро¬ кам и столбцам. Исследования в области моделирования ал¬ горитмов обработки изображений и корре- ляционно-экстремального поиска целей на наблюдаемом изображении привели к не¬ обходимости разработки алгоритмов моде¬ лирования совершаемых в РУК и системе самонаведения преобразований теплового изображения, создания графических этало¬ нов наблюдаемых целей и банка компью¬ терных программ корреляционного поиска заданных целей на поле наблюдаемого изо¬ бражения [88,91,570,320,563]. Исходные тепловые изображения представляют собой двумерные чи¬ словые массивы. Банк программ для моделирования алгоритмов обработки информации, совершаемых в оптико¬ электронных РУК и системах самона¬ ведения, должен обладать возможно¬ стью принимать такие исходные мас¬ сивы, выполнять их первичную обра¬ ботку, хранить и выводить их для ви¬ зуализации. Такие действия в полном объеме и с приемлемым быстродейст¬ вием могут быть выполнены только на высокопроизводительных вычис¬
лительных машинах. Разрабатывае¬ мый комплекс программ должен рас¬ ширить возможности оператора по обработке изображений, использую¬ щего существующие моделирующие программные средства (например, Matlab), предоставив пользователям специфические, недоступные в гото¬ вых пакетах функции работы с изо¬ бражениями, формируемыми оптико¬ электронными РУК и системами са¬ монаведения. Поскольку банк программ для моделирования алгоритмов обработки предназначен для исследования и от¬ ладки алгоритмов обработки тепло¬ вых изображений, то одна из его функций 'должна обязательно заклю¬ чаться в амплитудной обработке мас¬ сива чисел теплового изображения. К амплитудной обработке теплового изображения относится сравнение значений элементов такого изображе¬ ния с регулируемым по амплитуде порогом и принятие решения по ре¬ зультатам сравнения, трехмерная ви¬ зуализация массива элементов тепло¬ вого изображения, индикация на этом изображении элементов, значение яр¬ кости которых удовлетворяет какому- либо амплитудному критерию и т.п. Чтобы исследовать влияние частотных свойств теплового изображения на воспри¬ ятие тепловизионной системой целей на та¬ ком изображении, в функции банка про¬ грамм должна быть включена возможность спектральной обработки теплового изобра¬ жения - регулируемая низкочастотная и вы¬ сокочастотная фильтрация ИК-изображения. Для исследования восприятия реальнойцели тепловизионной системой самонаведения при моделировании обработки изображения банк программ должен имитировать дина¬ мическое наблюдение теплового изображе¬ ния цели тепловизионной системой в реаль¬ ном времени. При этом необходимо обеспе¬ чить количественную оценку спектральных характеристик такого изображения. Таким образом, наметив основ¬ ные требования, предъявляемые к банку программ для моделирования алгоритмов обработки ИК-изобра- жений, рассмотрим теперь задачу разработки программного обеспече¬ ния, предоставляющего пользователю следующие основные возможности. 1. Имитация сближения или уда¬ ления тепловизионной системы и на¬ блюдаемой цели. 2. Пространственная регулируе¬ мая НЧ- и ВЧ-фильтрация теплового изображения; 3. Расчет спектральных характе¬ ристик теплового изображения. 4. Трехмерная визуализация мас¬ сива элементов теплового изображения. 5. Трехмерная визуализация мас¬ сива значений пространственного спектра теплового изображения. Приведем описание программных модулей, реализующих перечисленные и некоторые другие возможности бан¬ ка программ для моделирования алго¬ ритмов обработки ИК-изображений. Пользовательский интерфейс банка программ для моделирования обработки теплового изображения построен в соответствии со стандарт¬ ным для операционной системы Windows многооконным принципом организации процедуры общения с пользователем.
Окна, входящие в состав пользовательского интерфейса и предназначенные для определенных режимов работы 1. Главное окно (рис. 5.131) предназначено для загрузки и выгруз¬ ки файлов изображения, для запуска требуемых режимов работы, задания условий работы программных моду¬ лей, отображения результатов работы некоторых алгоритмов обработки те¬ плового изображения, запуска режима завершения работы всего инструмен¬ тального программного обеспечения. 2. Окно увеличенного изображе¬ ния (рис. 5.132) предназначено для отображения результатов увеличения теплового изображения (ИК-изобра- жения) по выбираемым алгоритмам в задаваемое число раз. 3. Окно с объемным (трехмер¬ ным) отображением теплового изо¬ бражения или его спектра (рис. 5.133) предназначено для трехмерной визуа¬ лизации массива элементов изобра¬ жения и обеспечения возможности осмотра трехмерного отображения массива с четырех сторон. Рисунок 5.131 Главное окно инструментального программного обеспечения
Рисунок 5.132 Окно увеличенного изображения Рисунок 5.133 Окно с объемным (трехмерным) отображением массива текущего изображения или его спектра
4. Окно с изображением сечения объемного отображения массива ИК- изображения (теплового изображе¬ ния) или его спектра (рис. 5.134) предназначено для визуального ото¬ бражения тех элементов теплового изображения или изображения его спектра, амплитуды которых превы¬ шают заданный пользователем неко¬ торый порог, величина которого ре¬ гулируется в пределах от минимума (0) до максимума (255, 4095); 5. Окно с изображением спек¬ тров исходного или обработанного теплового изображения (рис. 5.135) предназначено для отображения вер¬ тикального, горизонтального и/или двумерного спектров в виде моно¬ хромного изображения, яркость эле¬ ментов которого определяется значе¬ ниями отсчетов дискретного спектра ИК-изображения, и для отображения графиков спектров отдельных строк и столбцов ИК-изображения. Рисунок 5.134 Окно с изображением сечения трехмерного отображения
Имитация сближения (удаления) тепловизионной системы самонаведе¬ ния и цели производится программ¬ ным модулем, выполняющим сле¬ дующие две операции: ■ регулируемое уменьшение раз¬ меров исходного изображения (рис. 5.136) путем понижения частоты его дискретизации (для моделирования расположения тепловизионной системы само¬ наведения на значительном уда¬ лении от цели); ■ регулируемое увеличение разме¬ ров исходного изображения, вы¬ полняемое путем повышения частоты дискретизации исходно¬ го изображения (для моделиро¬ вания нахождения тепловизион¬ ной системы самонаведения на расстоянии от цели, когда изо¬ бражение всей цели уже не впи¬ сывается в поле матрицы фото¬ приемного устройства). Уменьшение частоты дискрети¬ зации теплового изображения выпол¬ няется в соответствии с процедурой понижения частоты дискретизации, выполняемой в три этапа. Этап 1. Ограничение спектра пространственных частот в уменьшае¬ мом изображении (с целью снижения уровня искажений типа «муар») в дв\- мерном фильтре нижних частот. 584 Рисунок 5.135 Окно с изображением одномерных спектров теплового изображения
Этап 2. Прореживание отсчетов фильтрованного изображения (число удаляемых отсчетов определяется степенью уменьшения размеров). Этап 3. Интерполяции отсчетов уменьшенного изображения (с целью повышения визуального качества и обеспечения достоверной информа¬ тивности уменьшенного изображе¬ ния). Ограничение спектра простран¬ ственных частот исходного изобра¬ жения выполняется в цифровом фильтре нижних частот с нулевой фа¬ зовой характеристикой, что предот¬ вращает появление фазовых искаже¬ ний изображения. Такие искажения, в случае их появления, приводили бы к «размазыванию» сюжета исходного изображения в направлении впра¬ во-вниз, которое при значительном уровне искажений приводит к недо¬ пустимому изменению содержания изображения цели. Уточнение значений элементов уменьшен¬ ного изображения, которое повышает дос¬ товерность восприятия его сюжета, осуще¬ ствляется путем интерполирования значе¬ ний отсчетов уменьшенного изображения сплайном первой степени. Идентификация цели требует де¬ тального анализа ее элементов. Уве¬ Рисунок 5.136 Имитации сближения тепловизионной системы самонаведения с целью
личение размеров теплового изобра¬ жения осуществляется путем увели¬ чения частоты дискретизации этого изображения. Процедура увеличения частоты дискретизации включает в себя два этапа. Этап 1. Формирование дополни¬ тельных отсчетов, число которых оп¬ ределяется степенью увеличения изо¬ бражения. Этап 2. Интерполяция значений элементов увеличенного изображе¬ ния, выполняемой (как и при умень¬ шении изображения) для повышения визуального качества и обеспечения достоверной информативности уве¬ личенного изображения. Модуль увеличения размеров изображения цели позволяет в ко¬ мандном режиме увеличивать исход¬ ное тепловое изображение в 2 или 4 раза. Для интерполирования исходно¬ го ИК-изображения используются сплайны 0, 1, 3 или 5 степеней. Модуль динамического ограничения ШИРИНЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СПЕКТРА ТЕПЛОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ЦЕЛИ Одной из важных функций, реа¬ лизуемых в банке программ при мо¬ делировании процедур обработки ИК- изображений, является обеспечение условий моделирования и исследова¬ ния некоторых алгоритмов обработки изображений, осуществляемой в зри¬ тельном анализаторе человека. Известно, что зрительный анали¬ затор человека воспринимает исход¬ ное изображение, периодически из¬ меняя ширину пространственного спектра этих частот от самых низких частот до полной полосы [90]. Для анализа возможностей, предоставляе¬ мых при таком восприятии изображения, в банк программ включен модуль динамиче¬ ского ограничения ширины пространствен¬ ного спектра ИК-изображения цели. Этот модуль позволяет выполнить регулируемое ограничение ширины пространственного спектра и отобразить результаты своей ра¬ боты. Модуль динамического ограни¬ чения ширины пространственного спектра цели осуществляет требуе¬ мую степень ограничения спектра и изменяет степень ограничения в не¬ прерывном режиме от заданной до полной полосы (с отображением ре¬ зультатов работы в реальном време¬ ни). Степень ограничения задается указанием числа итераций (целое число): чем больше их число, тем выше степень ограничения простран¬ ственного спектра. Способ отображения полученных результа¬ тов определяется согласием или несогласи¬ ем с предложением программы выполнить процедуру ограничения ширины спектра пс шагам. При выполнении процедуры огра¬
ничения по шагам, результат работы на ка¬ ждом шаге демонстрируется в главном ок¬ не (рис. 5.131). Если пользователь отказался от выполнения процедуры ограничения по шагам, пользователь наблюдает исходное ИК-изображение с изме¬ няющейся четкостью от минимальной до полной, как в исходном ИК-изо- бражении. Для анализа содержания тепло¬ вого изображения, выполняемого при поиске на этом изображении цели и ее идентификации, банк программ для моделирования обработки предостав¬ ляет пользователю возможность спек¬ трального анализа исходного или уже обработанного по какому-либо алго¬ ритму изображения. Спектральный анализ исходного или обра¬ ботанного теплового изображения позволя¬ ет уточнить выделение на этом изображе¬ нии зон интереса (зон потенциального на¬ хождения целей). Способы спектрального анализа ИК-изображения ■ Вычисление дискретного спектра каждой строки теплового изо¬ бражения. ■ Вычисление дискретного спектра каждого столбца теплового изо¬ бражения. ■ Вычисление двумерного дис¬ кретного спектра теплового изо¬ бражения. Результаты вычисления отсчетов дискретизированных спектров в гори¬ зонтальном и/или вертикальном на¬ правлении (по строкам и/или по столбцам) предоставляются пользова¬ телю либо в специальном окне, либо в виде полутонового изображения, яр¬ кость элементов которого определя¬ ется значениями отсчетов спектра, либо в виде графика отдельной стро¬ ки или отдельного столбца. Пользователь может выделить интересую¬ щую строку или столбец, значения элемен¬ тов которых выводятся в виде графиков, подсвечиваются на изображениях соответ¬ ственно горизонтального и вертикального спектров. Применяя модуль расчета спектров, поль¬ зователь банка программ имеет возмож¬ ность вычислить двумерный дискретный спектр ИК-изображения и отобразить его в виде полутонового изображения анало¬ гично представлению одномерных спек¬ тров. Пользователю также предоставлена возможность отображения выбранного столбца двумерного спектра в графиче¬ ском виде. Для вычисления отсчетов дис¬ кретного спектра используется бы¬ строе Фурье-преобразование [422] (рассматривается возможность [336]). Трехмерное отображение масси¬ ва элементов теплового изображения или массива элементов спектра такого изображения позволяет пользователю не только визуально оценить массив изображения или его спектра, но и выявить закономерности и особенно¬ сти такого массива, проявившиеся на его трехмерном отображении. Для формирования трехмерного отображения массивов исходного или обработанного ИК-изображений тре¬
буется выделить прямоугольную об¬ ласть, предназначенную для отобра¬ жения. На появившемся окне (рис. 5.133) пользователю предоставлено трех¬ мерное отображение выбранного уча¬ стка с четырех ракурсов. Исследова¬ ние амплитудных характеристик ИК- изображения или его спектра в разра¬ ботанном комплексе программ для моделирования может быть проведе¬ но с помощью модуля анализа тепло¬ вого изображения или его спектра по методу сравнения с регулируемым пороговым значением. Этот модуль позволяет сравнивать отсчеты иссле¬ дуемого теплового изображения или его спектра с некоторым пороговым значением, амплитуда которого зада¬ ется. Такой анализ может быть поле¬ зен при исследовании алгоритмов по¬ иска особенностей ИК-изображения или спектра по «пороговому крите¬ рию» (например, при определении числа отсчетов, амплитуда которых превышает заданный уровень). Разработанный модуль амплитудного ана¬ лиза позволяет отобразить в специальное окно (рис. 5.134) сечение трехмерного ото¬ бражения массива теплового изображения или его спектра, а также области превыше¬ ния отсчетами изображения или спектра заданного пользователем порога. Пользо¬ ватель может также наблюдать элементы, превышающие указанный порог в виде подсвеченных точек на поле исследуемого изображения в окне сечения. При исследо¬ вании сечения трехмерных отображений теплового изображения в окне сечения отображается область, ограниченная пря¬ моугольником. При исследовании сечения трех¬ мерного отображения спектра тепло¬ вого изображения в окне сечения ото¬ бражается весь исследуемый спектр. Разработанный банк программ для моделирования алгоритмов обработки тепловых изображений (ИК) позволя¬ ет ускорить процесс создания про¬ граммного обеспечения тепловизион¬ ных систем самонаведения, используя персональный компьютер. Автоматический анализ оптиче¬ ских изображений основан на сопос¬ тавлении наблюдаемых текущих изо¬ бражений с эталонами - опорными эталонными изображениями, разме¬ щенными в информационной плат¬ форме, т.е. на основе применения корреляционно-экстремального мето¬ да [191]. В основе построения современных систем самонаведения лежит класс навигационных систем, в которых процедура определения истинных координат ракеты для после¬ дующей коррекции траектории ее полета и наведения на цель осуществляется с помо¬ щью естественных физических полей Зем¬ ли путем корреляционного сравнения те¬ кущего изображения определенного участ¬ ка земной поверхности или образа цели, получаемого на борту ракеты, с эталонны¬ ми изображениями тех же элементов, по¬ строенных ранее по первичным информа¬ ционным материалам. Как правило, совмещение текущего и эта¬ лонного изображений для оценки текущих координат ракеты осуществляется в усло¬ виях априорной неопределенности ее по¬ ложения [705]. Если величина этой неопре¬ деленности будет больше радиуса корреля¬ ции навигационного поля, то может про¬
изойти полный срыв процедуры самонаве¬ дения и ложный захват. В основе явления ложного захва¬ та лежит увеличение разброса харак¬ теристик сравнения под влиянием ап¬ паратурных шумов, погрешностей измерений, априорной неопределен¬ ности некоординатных характеристик (например, ЭПР), закладываемых в эталонное изображение, и других факторов, а также из-за геометриче¬ ских искажений текущего изображе¬ ния, таких как размасштабирование и разворот текущего изображения отно¬ сительно эталонного. Характерной особенностью та¬ ких (сравнивающих, корреляцион¬ ных) систем самонаведения является то, что в течение всего процесса са¬ монаведения цель находится вне поля зрения системы, т.е. наведение осу¬ ществляется по окружающей цель ме¬ стности. При этом в систему перио¬ дически выдается информация о ко¬ ординатах центра масс ракеты в дан¬ ный момент времени в некоторой системе координат. В свою очередь, функциониро¬ вание системы прямого (текущего) самонаведения, как правило, основано на получении текущего изображения местности в районе цели, анализе его на предмет обнаружения, классифи¬ кации и захвате цели с последующим ее сопровождением, периодической выдачей данных о расстоянии до нее и углах ее визирования в азимуталь¬ ной и угломерной плоскостях. При этом цель всегда находится в поле зрения системы самонаведения до по¬ следнего этапа наведения. Таким образом, для всех систем самонаве¬ дения, работающих по наземным целям, необходимо иметь информацию о местно¬ сти и цели в формируемых системой само¬ наведения сигнальных портретах, а сам подход к процессу подготовки эталонной информации должен строиться с учетом выбранного навигационного (информаци¬ онного) поля. Для того чтобы использовать всю имею¬ щуюся исходную информацию, преобразо¬ ванию подвергается каждый вид информа¬ ции, содержащий данные о типе цели и элементах ландшафта вокруг нее с сохра¬ нением максимума информации о каждом элементе цели и других объектах (ориенти¬ рах) в районе цели. Для некоторых систем самонаве¬ дения такими параметрами являются геометрические характеристики по¬ верхности и ее оптические РЛХ или электрофизические характеристики. Из исходных материалов получают не все характеристики, а общие - состав и размеры элементов цели и их вза¬ имное расположение относительно друг друга и структуре цели. Остальные более тонкие харак¬ теристики целей и ландшафта должны составлять содержание каталога дан¬ ного навигационного поля. Каталог составляется на основе многочислен¬ ных и многолетних исследований теоретического и экспериментального плана и позволяет определять вели¬ чины сигналов, рассеянных теми или иными объектами местности и инфра¬ структуры, и тем самым определять информативность местности и тре¬ буемые точностные параметры всего процесса самонаведения.
Главной задачей является получение воз¬ можно более точной информации о мест¬ ности вокруг цели. Начало сбора информа¬ ции о местности начинается с анализа то¬ пографических материалов или аэрокосми¬ ческих снимков. При этом производится первичная привязка цели и ее отдельных элементов к местности, определяются раз¬ мер участка местности, подлежащей этало¬ нированию, и точность привязки границ объектов к местной системе координат. После этого начинается этап уточнения па¬ раметров целей и ориентиров с привлече¬ нием всей имеющейся информации. Карто¬ графическая информация позволяет опре¬ делить мезорельеф местности, состав и ха¬ рактеристики лесных массивов (средняя высота, густота, порода деревьев), ширину и покрытие автодорог, количество путей на железной дороге, ширину и высоту мостов, стационарный объектовый состав местно¬ сти. Оперативно полученные фото¬ снимки позволяют уточнить границы целей и ориентиров и их изменения, связанные с сезонными особенностя¬ ми. ИК-съемка позволяет выделить цели и ориентиры с тепловым излу¬ чением. Радиолокационная съемка позволяет определить цели, находя¬ щиеся под покровом растительности, а в ряде случаев - цели, лежащие под слоем грунта. Полученные данные, сведенные воедино, позволяют полу¬ чить подробный портрет местности с точным перечнем целей и ориентиров на ней и их привязкой друг к другу и к цели. После этого формируются квантованные эталонные изображе¬ ния местности вокруг цели для сис¬ тем самонаведения. Как было отмечено выше, цели и ориентиры могут находиться в поле зрения телевизионной и/или теплови¬ зионной систем ракеты или ракето¬ носца в произвольно ориентирован¬ ном положении. Поэтому для обеспе¬ чения высокой надежности распозна¬ вания информационная платформа должна быть снабжена большим чис¬ лом эталонных изображений каждой цели и ориентира. Набор эталонных изображений, которые должны быть сформированы в РУК и введены в базу данных ин¬ формационной платформы оптико¬ электронной системы самонаведения, призван обеспечить эту платформу всеми необходимыми для распозна¬ вания данными [92, 96, 97]. Однако количество таких эталонных изобра¬ жений для произвольных ракурсов наблюдения только одной цели ока¬ зывается весьма значительным. Так, чтобы обеспечить возможность на¬ блюдения цели (например, надводно¬ го корабля) с шагом 1° с 360-ти на¬ правлений по азимуту и с 90-ти на¬ правлений по углу места, требуется 32 400 эталонных изображений. Об¬ щий объем памяти, требуемый для хранения эталонных изображений размером 256 строк по 256 элементов (256x256) в формате JPEG одного ко¬ рабля, составляет 162 МБт. Поэтому представляет интерес определить минимально необходимое число эталонных изображений, кото¬ рое позволит эффективно распозна¬ вать оптические изображения при возможных ракурсах наблюдения це¬ ли при минимально возможном объе¬ ме требуемой памяти. Для опреде¬
Рисунок 5.137 Изображения проекций трехмерной компьютерной модели на картинную плоскость ления степени информационного различия между эталонными изобра¬ жениями проводится сравнение со¬ держания изображений центральной проекции трехмерной компьютерной модели на картинную плоскость Р, формируемых при изменении азиму¬ та у/ и угла места в - ракурса наблю¬ дения (рис. 5.137). Сравнение содержания изобра¬ жений осуществляется по значениям взаимно корреляционной функции для различных изображений проек¬ ций трехмерной компьютерной моде¬ ли [628]. Проекции модели строились с шагом 1° в пределах 0...3600 по азимуту у/ и в пределах 0...900 по уг¬ лу места в. Анализируя изменения взаимно корреляционной функции при изменении азимута или угла места, определяются значения мак¬ симального шага изменения ракурсов наблюдения, достаточные для иден¬ тификации цели. В качестве цели ис¬ пользуется надводный корабль, а в качестве эталонного изображения - его трехмерная компьютерная мо¬ дель [234, 498, 159, 160, 157, 158, 164, 162, 163]. Для сопоставления различных изображений проекций трехмерной компьютерной модели на картинную плоскость могут быть использованы изображения трех основных типов: ■ полутоновое изображение цели; ■ изображение цели, на котором присутствует минимальное чис¬ ло деталей или все изображение имеет постоянную яркость (на¬ пример, серого или черного цвета); ■ контурное изображение цели. Каждый тип эталона имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее точную и полную кор¬ реляционную оценку степени совпа¬ дения наблюдаемого изображения и эталона можно осуществить, приме¬ няя в качестве эталона реальное полу¬ тоновое изображение цели. Полнота анализа совпадения обеспечивается в этом случае высокой достоверностью распознавания цели, которое выпол¬ няется сравнением не только конту¬ ров наблюдаемой цели, но и сопос¬ тавлением более мелких деталей сравниваемых изображений. Сопоставление цели с эталоном, заполненным серым или черным цве¬ том, позволяет успешно выделять це¬ ли на подстилающем фоне только в случае значительного различия тек¬ стур цели и фона. В том случае, когда эти текстуры отличаются незначи¬
тельно, этот метод может давать серь¬ езные ошибки, поскольку глобальный максимум взаимно корреляционной функции в этом случае мал или прак¬ тически отсутствует. При использовании контурного изображе¬ ния эталона корреляционная процедура выполняется за минимальное среди рас¬ смотренных методов время. Высокая ско¬ рость обеспечивается сокращением площа¬ ди корреляционного анализа. Однако при¬ менение эталона контурного типа сопряже¬ но с потребностью оконтуривания объек¬ тов наблюдаемого изображения (в том числе цели). Цели, составляющие наблю¬ даемое изображение, должны иметь резкие границы толщиной несколько элементов изображения. Такое подчеркивание конту¬ ров должно быть в реальном времени вы¬ полнено в информационной платформе системы самонаведения или РУК, что соз¬ дает для нее дополнительную нагрузку. Тем не менее, такая задача сегодня успеш¬ но решается. Проведем теперь количествен¬ ную сценку вычислительных затрат, требуемых для вычисления взаимной корреляции между различными изо¬ бражениями проекций трехмерной компьютерной модели на картинную плоскость: где г(х, у) - значение взаимно корре¬ ляционной функции; image 1, image2 - анализируемые изображения проек¬ ций трехмерной компьютерной гра¬ фической модели цели на картинную плоскость; М - размер каждого изо¬ бражения по горизонтали (в пиксе¬ лях); N- размер каждого изображения по вертикали (в пикселях). Сопоставление различных изо¬ бражений проекций трехмерной ком¬ пьютерной модели осуществляется по центральному значению взаимно кор¬ реляционной функции г(х, у) (без ка¬ кого-либо взаимного пространствен¬ ного сдвига х, у). Компьютерное моделирование процедуры поворота трехмерной ком¬ пьютерной модели можно провести, формируя полутоновые ее проекции на картинную плоскость (рис. 5.138) с вычислением взаимно корреляцион¬ ной функции для проекций с шагом 1° [100]. Для каждого значения азимута (0° < у/ < 260°) угла места (0° < в < 90°), вычисляя центральные значения вза¬ имно корреляционной функции (зна¬ чения взаимно корреляционной функ¬ ции при полном наложении одного сравниваемого изображения на дру¬ гое), определяется шаг формирования проекций по следующему алгоритму. Алгоритм расчета по азимуту Этап 1. Задать значение азимута ¥(Ч' = 0). Этап 2. Задать значение угла Ф отклонения от значения азимута и (Ф = 0). Этап 3. Определить степень сов¬ падения изображения проекции, вы¬ полненной под углом (у/ + Ф) от изо¬ бражения проекции, выполненной под углом у/.
Этап 4. Если степень совпаде¬ ния составляет не менее 80%, уве¬ личить угол отклонения Ф на 1° и вернуться к шагу 3, иначе - запом¬ нить угол отклонения Ф (при задан¬ ном у/). Этап 5. Задать очередное значе¬ ние азимута у/= i//+ 1. Этап 6. Если значение ц/ менее 360°, перейти к шагу 2, иначе - конец. Расчет по углу места выполняет¬ ся аналогично. Анализ полученных допустимых углов отклонения Ф позволил для этого частного рассматриваемого случая сделать следующий вывод: допустимая для систем распознава¬ ния точность совпадения изображе¬ ний цели и эталона (не менее 80%) достигается при шаге формирования проекций, не превышающем 17° по азимуту и 14° по углу места (рис. 5.139). Кроме того, из диаграммы рис. 5.139 следует, что шаг построе¬ ния изображений проекций модели, при условии достижения совпадения 80%, является нелинейной величиной (максимальный шаг может быть дос¬ тигнут при углах 0, 90, 180, 270°) и изменяется приблизительно в соот¬ ветствии с косинусоидой. Рисунок 5.138 Проекции трехмерной компьютерной модели на картинную плоскость: а - азимут ц/ = 0°, угол места в = 0°; б - азимут у = 50°, угол места в = 0°; в - азимут ц/ = 180°, угол места 0 = 0°; г - азимут ц/ = 180°, угол места в = 20°
Рисунок 5.139 К определению шага формирования полутоновых изображений проекций: а - шаг построения изображений проекций модели по азимуту у/\ б - шаг построения изображений проекций модели по углу места в Для обеспечения информацион¬ ной платформы системы самонаведе¬ ния возможностью анализа изображе¬ ния корабля, наблюдаемого с любого ракурса, при использовании полуто¬ новых эталонов изображений оказа¬ лось достаточным 140 эталонных изображений этого корабля. Такое количество эталонных изображений размером 256x256, представленных в формате JPEG, занимает в памяти не более 2,1 МБт. Отметим, что корреляционному анализу, использующему полутоновое изображение эталона, свойствен один серьезный недостаток - большие вы¬ числительные затраты для его реали¬ зации. Определение значений взаим¬ но корреляционной функции между изображениями проекций трехмер¬ ной компьютерной модели, на кото¬ рых располагаются заполненные черным цветом контурные изобра¬ жения проекции трехмерной компь¬ ютерной модели на картинную плос¬ кость (рис. 5.138), дает следующие результаты: допустимая для практи¬ ческих целей распознавания точность совпадения изображений цели и эта¬ лона (не менее 80%) достигается при шаге формирования проекций, не превышающем 14° по азимуту и 12° по углу места (рис. 5.139). Для обеспечения комплекса ав¬ томатического анализа оптического изображения возможностью анализа корабля, наблюдаемого с любого ра¬ курса, в данном случае достаточно 192 эталонных изображений этого ко¬ рабля. Такое количество эталонных изображений размером 256x256, представленных в формате JPEG, за¬ нимает в памяти не более 2,3 МБт. Применение эталонных изображений в ви¬ де контура, заполненного серым или чер¬ ным цветом, позволяет приблизительно на 30% сократить объем вычислений взаимно 594
корреляционной функции путем замены части арифметических операций умноже¬ ния и сложения логическими операциями «И». Тем не менее, вычислительные затра¬ ты, необходимые для реализации этого ме¬ тода, будут сопоставимы с вычислитель¬ ными затратами рассмотренного выше ме¬ тода сравнения с полутоновым эталоном (однако при более низкой точности из-за отсутствия детализации эталона). Для оценки эффективности применения контурных эталонных изображений (рис. 5.142), формируемых из полутоновых изображений проекций трехмерной ком¬ пьютерной модели на картинную плос¬ кость, изображение, принимаемое за опор¬ ное, представляется в виде дистантного изображения. Такой прием позволяет значи¬ тельно сократить объем вычислений (в среднем приблизительно в 8 раз в зависимости от размеров и сложности формы цели). Это удается благодаря определению взаимной корреляции между контурным эталоном и дис¬ тантным опорным изображением не по всей площади изображения, а только по линии контура эталона. Как показали расчеты, метод, основанный на применении контурных эталонов, обеспечивает допустимую для опо¬ знавания точность совпадения изо¬ бражений цели и эталона (не менее 80%) при шаге формирования проек¬ ций, не превышающем 10° по азимуту и 10° по углу места (рис. 5.143). Рисунок 5.140 Изображения проекций трехмерной компьютерной модели на картинную плоскость в виде контурных эталонов, заполненных черным цветом; а - азимут у/ = 0°, угол места в = 0°; б - азимут у/ = 50°, угол места в = 0°; в - азимут ц/ = 180°, угол места в = 0°; г - азимут у/ = 180°, угол места 0 = 20°
Рисунок 5.141 К определению шага формирования изображений проекций в виде контурных эталонов, заполненных черным цветом; а - шаг построения изображений проекций модели по азимуту у/\ б - шаг построения изображений проекций модели по углу места в Рисунок 5.142 Проекции трехмерной компьютерной модели на картинную плоскость в виде контурных эталонов; а - азимут у/ = 0°, угол места в = 0°; б - азимут у/ = 50°, угол места в = 0°; в - азимут у/ = 180°, угол места в = 0°; г - азимут у/ = 180°, угол места в = 20° 596
Рисунок 5.143 К определению шага формирования проекций в виде контурных эталонов: а - шаг построения изображений проекций модели по азимуту у/\ б - шаг построения изображений проекций модели по углу места в При анализе изображения кораб¬ ля, наблюдаемого с любого ракурса, при использовании контурных этало¬ нов требуется не более 320-ти эталон¬ ных изображений этого корабля. Та¬ кое количество эталонных изображе¬ ний размером 256x256, представлен¬ ных в формате JPEG, занимает в па¬ мяти не более 3 МВт. В результате анализа условий са¬ монаведения при использовании кон¬ турного эталона и одновременно нену¬ левых значениях азимута и угла места получаются следующие результаты: допустимая для практических целей распознавания точность совпадения изображений цели и эталона достига¬ ется при шаге формирования проек¬ ций, не превышающем 8° по азимуту и 8° по углу места (рис. 5.144). Полученные результаты можно обобщить следующим образом. 1. Применение в качестве эта¬ лонных изображений полутонового изображения проекции трехмерной компьютерной модели позволяет формировать проекции при шаге, не превышающем 17° по азимуту и 14° по углу места. Объем вычислений значений взаимно корреляционной функции при использовании полуто¬ новых изображений трудно реализуем в системе самонаведения. 2. Применение в качестве эта¬ лонного изображения контура изо¬ бражения трехмерной компьютерной модели, заполненной черным или се¬ рым цветом, позволяет приблизитель¬ но на 30% снизить объем вычислений взаимно корреляционной функции, но требует формировать изображения проекций при шаге, не превышающем 14° по азимуту и 12° по углу места. Вычисления могут быть реализованы в персональном компьютере.
Рисунок 5.144 К определению шага формирования проекций при ненулевых углах у/и в: а - шаг построения изображений проекций модели по азимуту щ б - шаг построения изображений проекций модели по углу места в 3. Применение контурного изо¬ бражения трехмерной компьютерной модели и представление изображения цели в виде дистантного изображения обеспечивает наибольшую скорость выполнения сравнения цели с этало¬ ном. Для обеспечения процедуры распознавания требуемым числом контурных эталонных изображений необходимо формировать контурные эталонные изображения из проекций трехмерной компьютерной модели цели с шагом, не превышающим 10° по азимуту и 10° по углу места. 4. Наибольшее число контурных изображений эталона требуется для обеспечения самонаведения при од¬ новременно ненулевых значениях азимута и угла места корабля относи¬ тельно ее. 5. Корреляционный анализ, ис¬ пользующий в качестве эталона кон¬ турные изображения, можно признать самым перспективным для построе¬ ния комплекс автоматического анали¬ за оптического изображения морских объектов, реализуемого в структуре системы самонаведения. По результатам моделирования процедуры корреляционной идентификации цели по ее эталону в качестве опорной информации в корреляционно-экстремальных системах самонаведения [191] рекомендуется при¬ менение контурных оптических эталонных изображений целей. Процедура создания эталонных изображений, пригодных для приме¬ нения в корреляционно-экстремаль¬ ных системах самонаведения, может быть разбита на несколько этапов. Этап 1. Получение средствами разведки реальных исходных фото¬
снимков области, содержащей цели, либо самих целей. Этап 2. Предварительная обра¬ ботка исходного оптического изобра¬ жения, включающая в себя коррек¬ цию контрастности исходного изо¬ бражения, понижение уровня шумов на изображении и коррекцию содер¬ жания сцены, на которой располага¬ ется цель; Этап 3. Выделение контуров це¬ ли и, возможно, опорных информа¬ тивных участков сцены. Этап 4. Выполнение, при необ¬ ходимости, графической коррекции контурного изображения цели и опорных участков, а также оконча¬ тельное формирование оптического эталонного изображения области с целью и опорными участками. Этап 5. Нанесение точки прице¬ ливания на оптическом эталонном изображении цели и сохранение гото¬ вого эталона в информационной платформе. Для создания контурных изображений це¬ лей достаточно широко применяются такие известные графические программные про¬ дукты как «Photoshop», «CorelDraw» и дру¬ гие. Поскольку готовые программные про¬ дукты не учитывают большинства тонко¬ стей процесса создания оптического эта¬ лонного изображения для корреляционно¬ экстремальных систем самонаведения, применение этих программных продуктов удобно только на отдельных этапах созда¬ ния контурного эталонного изображения. Отметим также еще один недос¬ таток применения готовых графиче¬ ских программных продуктов: отсут¬ ствие описания реальных алгоритмов обработки исходного изображения. Отсутствие такого рода информации не позволяет полноценно формиро¬ вать контурные эталонные изображе¬ ния по правилам обработки и анализа текущего оптического изображения, наблюдаемого системой самонаведе¬ ния, что приводит к созданию эталон¬ ных изображений, которые не в пол¬ ной мере соответствуют контурным изображениям. Следовательно, для создания контурных эталонных изо¬ бражений для корреляционно-экстре- мальных систем самонаведения целе¬ сообразно применять соответствую¬ щий единый комплекс графических программ, позволяющий не только создавать контурные эталонные изо¬ бражения, но и моделировать и моди¬ фицировать сами алгоритмы с целью повышения качества их работы. Комплекс графических программ «Контур М», предназначенный для создания контурных моделей целей, входит в состав программного обес¬ печения подготовки эталонной ин¬ формации системы самонаведения и функционирует под управлением раз¬ личных версий операционной систе¬ мы Windows. В состав комплекса про¬ грамм «Контур М», структура которо¬ го приведена на рис. 5.145, входят следующие составные части [58, 59, 95,71,69,41,73, 72]. 1. Интерфейс пользователя, по¬ зволяющий загружать файлы реаль¬ ных исходных оптических изображе¬ ний, запускать программы предвари¬ тельной обработки изображений, кор¬ рекции содержания изображения, вы¬ деления элементов изображения,
формирования результирующей ком¬ позиции эталонного изображения, со¬ хранения результатов работы - соз¬ данные контурные эталоны; интер¬ фейс пользователя комплекса про¬ грамм «Контур М» построен в соот¬ ветствии со стандартным для операционной системы Windows мно¬ гооконным принципом организации процедуры общения с оператором. 2. Модуль предварительной обра¬ ботки реального оптического изобра¬ жения, включающий в себя группы программ понижения уровня шумов в исходном изображении, повышения контрастности исходного изображе¬ ния и геометрических преобразований исходного изображения. Группа про¬ грамм понижения уровня шумов со¬ стоит из диалоговой программы ввода режима подавления шумов в исход¬ ном изображении (выбор типа шумо¬ подавления и степени подавления шума), программы регулируемого ог¬ раничения ширины пространственно¬ го спектра исходного изображения в линейном фильтре, программы меди¬ анной фильтрации исходного изо¬ бражения. Группа программ геомет¬ рических преобразований исходного изображения, предназначенная для имитации искажений исходного изо¬ бражения, вызванных ошибками са¬ монаведения, выполнена на основе разработанного алгоритма преобразо¬ ваний изображения, осуществляемой на основе учета параметров возмож¬ ных условий съемки. 3. Модуль коррекции содержа¬ ния предварительно обработанного изображения, включающий в себя группы программ добавления объек¬ тов на поле исходного изображения (сцену), группы программ удаления объектов с поля исходного изображе¬ ния (со сцены), группы программ формирования и управления фоновой обстановкой создаваемой компози¬ ции. 4. Модуль нанесения точки при¬ целивания на эталонное изображение заданной цели, состоящий из группы программ ручного выбора и нанесе¬ ния точки прицеливания и группы программ автоматического выполне¬ ния операции выбора и нанесения точки прицеливания, осуществляемо¬ го на основе анализа цели. 5. Модуль контроля эталонного изображения, позволяющий на осно¬ ве математического имитационного моделирования произвести оконча¬ тельную оценку пригодности создан¬ ного эталонного изображения. Для открытия файла исходного изображения используются стандарт¬ ные системные программы открытия файла, содержащего оптическое изо¬ бражение в формате, bmp или. jpg. Процедура открытия файла исходного изображения завершается записью содержимого этого файла в двухмер¬ ный байтовый массив элементов ис¬ ходного изображения либо непосред¬ ственно после открытия файла сис¬ темными программами (файлы типа, bmp), либо после распаковки этого файла программными средствами мо¬ дуля открытия файла исходного изо¬ бражения (файлы типа. jpg). Сохране¬ ние результатов работы программы осуществляется путем исполнения системной процедуры сохранения файла изображения, запускаемой на 600
Рисунок 5.145 Структура комплекса программ (ИП - интерфейс пользователи; МПО - модуль предвари¬ тельной обработки; ЛШП - понижение уровня шумов в линейном фильтре; МШП - пони¬ жение уровня шумов в медианном фильтре; КИ - контрастирование изображения; ГПИ - геометрические преобразования изображения; МКС - модуль коррекции содержа¬ ния; ДОС - добавление объекта на сцену; У ОС - удаление объекта со сцены; МНТП - мо¬ дуль нанесения точки прицеливания; МКЭИ - модуль контроля эталонного изображения) выполнение посредством диалога со¬ хранения файла изображения. Основные операции в модуле предварительной обработки 1. Понижение уровня шумов на ис¬ ходном изображении выполняется для по¬ вышения качества этого изображения (улучшения условий различения деталей). Комплекс программ «Контур М» обеспечи¬ вает возможность понижения уровня шума на изображении путем выполнения одной из следующих процедур: ■ ограничения ширины двухмерного пространственного спектра обрабаты¬ ваемого изображения в линейном фильтре нижних частот с нулевой фа¬ зовой характеристикой и регулируе¬ мыми в диалоге с оператором пара¬ метрами; ШЯШШЯЯШШШШШШ 601 ■ медианной фильтрацией, осуществ¬ ляемой нелинейным фильтром с рабо¬ чим окном 3x3, 5x5 или 7x7; ■ последовательным выполнением ме¬ дианной и линейной фильтрации. Линейный фильтр нижних частот с нулевой фазовой характеристикой и регу¬ лируемыми параметрами формируется на основе скользящего горизонтального рабо¬ чего окна с размером 1x3 и коэффициента¬ ми (0,25; 0,5; 0,25) и вертикального рабоче¬ го окна с размером 3x1 и коэффициентами (0,25; 0,5; 0,25). Обработка изображения в таком фильтре ведется в следующей после¬ довательности: 1) проход горизонтального окна «сле¬ ва направо» и «справа налево» (обратный проход обеспечивает отсутствие горизон¬ тальных фазовых искажений в обработан¬ ном изображении); 2) проход вертикального окна «сверху вниз» и «снизу вверх» (обратный проход
обеспечивает отсутствие вертикальных фа¬ зовых искажений в обработанном изобра¬ жении). Число проходов задается в диалоге с оператором и определяет степень потери четкости обрабатываемого изображения и степень подавления шумов на этом изобра¬ жении. Одномерный медианный фильтр пред¬ ставляет собой скользящее окно, охваты¬ вающее нечетное число элементов изобра¬ жения (используются окна размером 3x3, 5x5 или 7x7). Центральный элемент заменя¬ ется медианой элементов изображения в окне. Медианой дискретной последователь¬ ности из N элементов (при нечетном N) на¬ зывается такой элемент этой последова¬ тельности, для которого существует (JV — 1) / 2 элементов, которые меньше или равны N, и (7V-l)/2 элементов, которые больше или равны N. Медианный фильтр обеспечивает особенно эффективное подав¬ ление шума типа «Соль и перец». 2. Повышение контрастности исход¬ ного изображения выполняется для увели¬ чения заметности элементов его компози¬ ции путем расширения динамического диа¬ пазона исходного изображения или согла¬ сования динамического диапазона изобра¬ жения и экрана, на котором выполняется визуализация. Теоретически изображение имеет максимальный контраст, когда его уровню «белого» соответствует значение 255, а уровню «черного» соответствует зна¬ чение 0. Линейное контрастирование вы¬ полняется по правилам модификации гисто¬ граммы исходного изображения с после¬ дующим пересчетом значений яркости его элементов. Степень повышения контраста задается в диалоге с оператором. 3. Геометрические преобразования ис¬ ходного изображения выполняются с целью внесения проективных искажений в исход¬ ное изображение, имитирующих ожидае¬ мые искажения текущего изображения, вы¬ званные курсовыми ошибками и ошибками определения дальности. Наличие такого ро¬ да искажений, имеющих место вследствие неперпендикулярного расположения опти¬ ческой оси камеры системы самонаведения относительно поверхности снимаемого объ¬ екта, затрудняет корреляционно-экстре¬ мальную процедуру сопоставления наблю¬ даемого изображения с эталонным изобра¬ жением. Режим работы «Геометрические преобразования изображения» позволяет уточнить границы применимости созданных эталонных изображений. В модуле коррекции содержания пред¬ варительно обработанного изображения производятся удаление объектов со сцены или добавление объектов на сцену. Удаление объектов со сцены осущест¬ вляется для изъятия из изображения эталона элементов, которые либо в силу неточности своего вида снижают сходство эталонных изображений с моделируемым объектом, либо излишне усложняют создаваемое эта¬ лонное изображение, перегружая его не¬ нужными деталями, значение которых с информационной точки зрения мало. Удаление объекта осуществляется по сле¬ дующему правилу: намеченный к удале¬ нию объект выделяется в отдельный слой, а затем этот слой модифицируется или уда¬ ляется (такая процедура по предложенному алгоритму доступными графическими ре¬ дакторами не выполняется). Добавление объектов на формируемое эталонное изображение осуществляется для дополнения такого эталонного изображения функциональными элементами, повышаю¬ щими сходство эталона с моделируемым объектом. Дополнение эталонного изобра¬ жения новыми элементами осуществляется по принципу создания композиционного изображения в графическом редакторе: пу¬ тем организации нового информационного слоя в композиции и задании требуемых свойств (степень прозрачности, характер границ, цвет и т.п.) элементам этого слоя. В модуле нанесения точки прицелива¬ ния на эталонное изображение заданной цели осуществляется нанесение точки при¬
целивания на заданную область эталонного изображения цели. Выбор точки прицели¬ вания может быть осуществлен вручную (на основе исходных данных о характеристиках цели), либо автоматически (на основе ана¬ лиза модели и алгоритма разрушения цели при ее избирательном поражении). В модуле контроля эталонного изо¬ бражения методом имитационного моде¬ лирования осуществляется проверка при¬ годности сформированного эталонного изо¬ бражения. Контроль созданного эталонного изображения с нанесенной на него точкой прицеливания (или без точки прицелива¬ ния) выполняется для завершающей оценки адекватности этого эталонного изображения и реальной цели, моделирование изображе¬ ния которой проводилось, используя ком¬ плекс программ «Контур М». Основным со¬ держанием процедуры контроля эталонного изображения является оценка вероятности привязки созданного эталонного изображе¬ ния к цели, находящейся на реальном изо¬ бражении сцены, наблюдаемой оптикоэлект¬ ронной системой самонаведения. При вероятности, превышающей опреде¬ ленный уровень (например, 0,9), делается вывод об адекватности созданного эталон¬ ного изображения и оптического изобра¬ жения реальной цели. Опытная эксплуатация разработанного комплекса программ подтвердила эффек¬ тивность его применения. Поскольку качество работы кор¬ реляционно-экстремальной системы самонаведения определяет точность самонаведения, в процессе разработки такой системы желательно иметь средства, адекватно моделирующие все этапы функционирования корре- ляционно-экстремальной системы. Натурные испытания корреляционно¬ экстремальной системы самонаведе¬ ния обычно связаны со значительны¬ ми материальными затратами и рис¬ ком потери средства поражения при ошибочном поведении корреляцион¬ но-экстремальной системы. При на¬ личии адекватной модели корреляци- онно-экстремальной системы риски и затраты могут быть значительно уменьшены. В процессе функционирования корреляционно-экстремальной систе¬ мы текущее изображение подвергает¬ ся проективным искажениям, воздей¬ ствию шума преобразователя, нали¬ чием пыли, снега или тумана, сни¬ жающего общий контраст и в целом качество изображения. Для оценки влияния перечисленных искажающих факторов на точность определения координат наблюдаемой цели необ¬ ходима имитационная модель корре¬ ляционно-экстремальной системы, что позволяет проводить вычисли¬ тельные эксперименты с проектируе¬ мой системой и исследовать другие системы и устройства, натурные экс¬ перименты с которыми затратны. Имитационное моделирование осо¬ бенно эффективно при оценке раз¬ личных систем вооружения и при анализе требований к программному обеспечению различных компьютер¬ ных систем[472]. Состав программного комплекса имитационной модели «Модель 2» (рис. 5.146) ■ Модель ввода наблюдаемого те¬ кущего изображения (ТИ). ■ Модель ввода эталонного изо¬ бражения (ЭИ). ■ Модель предварительной обра¬ ботки текущих изображений.
Модель ввода ЭИ Модель ввода наблюдаемого ТИ Модель предварительной обработки ТИ Модель выделения контуров элементов ТИ Модель корреляционного поиска Модель анализа результатов поиска Программа вывода и протоколирования результатов Рисунок 5.146 Структура имитационной модели ■ Модель выделения контуров эле¬ ментов текущих изображений. ■ Модель корреляционного поиска области текущего изображения, соответствующей выбранному эталонному изображению. ■ Модель анализа результата кор¬ реляционного поиска. ■ Программа вывода и протоколиро¬ вания результатов моделирования. Интерфейс пользователя, позволяющий за¬ пускать элементы программного комплекса имитационной модели «Модель 2», постро¬ ен в соответствии со стандартным для опе¬ рационной системы Windows многоокон¬ ным принципом организации процедуры общения с оператором. С помощью моделей ввода текущего изображения и эталонного изображения осуществляется формирование начальных 604
условий работы всей имитационной моде¬ ли: формируются модель изображения, на¬ блюдаемого оптикоэлектронной системой самонаведения, и вводится изображение эталона, которое требуется найти на поле наблюдаемого изображения. Модель предварительной обработки позволяет осуществить изменение контра¬ стности введенного текущего изображения, подвергнуть текущее изображение геомет¬ рическим искажениям, значение которых задается в диалоге с оператором, и замешать в текущее изображение шумовую помеху с наперед заданными оператором статистиче¬ скими характеристиками (рис. 5.147,6). Изменение контрастности позволяет ими¬ тировать наблюдение цели при наличии пыли или тумана. Шумовая помеха имити¬ рует снижение качества изображения на¬ блюдаемой цели, обусловленное дождем или снегом. Геометрические преобразования ис¬ ходного изображения выполняются для внесения проективных искажений в исход¬ ное изображение, имитирующих ожидае¬ мые искажения текущего изображения, вы¬ званные курсовыми ошибками и ошибками определения дальности. Наличие такого ро¬ да искажений, имеющих место вследствие неперпендикулярного расположения опти¬ ческой оси камеры системы самонаведения относительно поверхности снимаемого объ¬ екта, затрудняет корреляционно-экстрема- льную процедуру сопоставления наблюдае¬ мого изображения с эталонным изображе¬ нием. Режим работы «Геометрические пре¬ образования изображения» позволяет уточнить границы применимости прове¬ ряемого эталонного изображения. Группа программ геометрических преобразований исходного изображения, предназначенная для имитации искажений исходного изо¬ бражения, вызванных ошибками наведе¬ ния ракеты на цель, выполнена на основе алгоритма преобразований изображения [568, 94]. Модель выделения контуров на иска¬ женном текущем изображении имитирует процедуры контурного анализа, выполняе¬ мые оптикоэлектронной системой самона¬ ведения при реальном анализе наблюдаемо¬ го изображения. Для выделения контуров деталей анализируемого изображения ис¬ пользуются процедуры оконтуривания, вы¬ полняемые на основе применения оператора Собела, лапласиана или оценки локальной дисперсии вокруг анализируемого элемента изображения (рис. 5.148). Модель корреляционного поиска области текущего изображения, соответствующей выбранному эталонному изображению, по¬ зволяет имитировать процедуру корреля¬ ционного анализа наблюдаемого текущего изображения в корреляционно-экстрема- льной системе: алгоритм модели идентичен алгоритму работы вычислителя по опреде¬ лению координат эталонного изображения на площади наблюдаемого текущего изо¬ бражения. Модель анализа результата корреляцион¬ ного поиска позволяет определить следую¬ щие статистические характеристики ре¬ зультатов поиска эталонного изображения на площади наблюдаемого текущего изо¬ бражения: величину среднего квадратиче¬ ского отклонения привязки эталонного изображения (в пикселях), величину сред¬ него квадратического отклонения привязки эталонного изображения (в метрах) и веро¬ ятность правильного распознавания. По перечисленным параметрам дела¬ ется заключение о пригодности созданного оператором эталонного изображения и об эффективности работы алгоритма поиска эталонного изображения на площади на¬ блюдаемого текущего изображения. При вероятности, превышающей определенный уровень (например, 0,9), делается вывод об адекватности созданного эталонного изо¬ бражения и оптического изображения ре¬ альной цели.
606
607
в) Рисунок 5.147 а - пример уменьшения контрастности изображения; б - пример внесения шумовой помехи; в - пример внесения геометрических искажений 608
Рисунок 5.148 Пример процедуры выделения контуров на изображении Программа вывода и протоколирова¬ ния осуществляет представление получен¬ ных результатов моделирования оператору и формирует файл с результатами на маг¬ нитном носителе. Кроме формирования количественных характеристик «Модель 2» предоставляет (рис. 5.150) оператору возможность визу¬ ально проконтролировать результат привяз¬ ки эталонного изображения (рис. 5.149) к соответствующей ему зоне текущего изо¬ бражения (рис. 5.148). Экспериментальные исследования про¬ граммного комплекса имитационной моде¬ ли «Модель 2» позволили успешно осуще¬ ствить контроль созданных для корреляци¬ онно-экстремальной системы конечного наведения. 609
Рисунок 5.149 Примеры эталонных изображений Рисунок 5.150 Пример результата привязки эталонных изображений (рис. 5.149) к соответствующим зонам текущих изображений (рис. 5.148)
6 НОВЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ САМОНАВЕДЕНИЯ БЛА С АВТОНОМНЫМ ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЗЛЕТОМ И ПОСАДКОЙ Вертолетный БЛА, как вид авиа¬ ционного средства высокоточного по¬ ражения, может иметь на борту пило- тажно-навигационную аппаратуру, позволяющую ему выполнять авто¬ номный полет, не используя радио¬ связь с наземным пунктом управле¬ ния. Этот режим полета обеспечивает высокую скрытность перемещения БЛА в пространстве, а относительно небольшие размеры беспилотного вертолета позволяют минимизировать его радиолокационную и оптическую заметность. Бортовая оптикоэлект¬ ронная система беспилотного верто¬ лета кроме выполнения всех обычных функций по наведению БЛА на цель должна быть способна самостоятель¬ но решить еще одну серьезную пило¬ тажную задачу - обеспечить автома¬ тическую посадку вертолета в наме¬ ченном в полетном задании месте [891]. Беспилотный (или дистанционно управляемый) вертолет оснащается практически теми же навигационны¬ ми, пилотажными и ударными сред¬ ствами, как и ракетное ВТО (двига¬ тель, бесплатформенная навигацион¬ ная система, система терминального самонаведения, взрыватель различно¬ го типа, боевая часть). В настоящее время беспилотный вертолет обычно используется как средство разведки. 611
Однако при соответствующем обору¬ довании такой БЛА может стать раз- ведывательно-ударным вооружением или чисто ударным вооружением. Беспилотный вертолет, оборудован¬ ный средствами навигации, оценки окружающей обстановки и автоном¬ ной системой автоматической посад¬ ки, способен с высокой точностью и скрытно доставить в намеченное ме¬ сто средства поражения или радио¬ электронные устройства, выполняю¬ щие роль радиомаяка или средств ра¬ диопротиводействия . В разведывательных целях бес¬ пилотный вертолет функционирует в дистанционно пилотируемом режиме, поскольку основное назначение тако¬ го вертолета - в обеспечении назем¬ ного пункта дистанционного управ¬ ления данными о наземных объектах в реальном времени. Такой режим требует постоянного интерактивного взаимодействия оператора с беспи¬ лотным вертолетом. Подобное взаи¬ модействие обеспечивается постоян¬ ной передачей данных по радиолинии от наземного пункта дистанционного управления к беспилотному вертолету и обратно. Наличие постоянно функциони¬ рующей радиолинии связи резко сни¬ жает скрытность полета беспилотного вертолета. Одной из важных характе¬ ристик беспилотного вертолета, предназначенного для осуществле¬ ния автоматического поиска целей, а также их поражения, является степень заметности такого вертолета для средств обнаружения противника. Степень заметности беспилотного вертолета зависит от характеристик его корпуса, определяющих замет¬ ность для радиолокационных средств, а также от режимов работы радиоли¬ нии связи вертолета с наземным пунктом дистанционного управления. При использовании беспилотного вертолета в разведывательно-ударных целях повышение скрытности полета является очень серьезным требовани¬ ем, и в этом случае наличие постоян¬ но функционирующей радиолинии, демаскирующей вертолет, представ¬ ляется нецелесообразным. Функционирование беспилотно¬ го вертолета без постоянно функцио¬ нирующей радиолинии связи возмож¬ но только при наличии на его борту системы автоматического пилоти¬ рования, в состав которой входят средства навигации, автопилот, сред¬ ства автоматического анализа окру¬ жающей обстановки и система авто¬ матической посадки, способная само¬ стоятельно оценить условия посадки и состояние посадочной площадки. Средства автоматического ана¬ лиза окружающей обстановки, т.е. средства, осуществляющие оценку ее координатных и некоординатных ха¬ рактеристик, включают в себя средст¬ ва активной и/или пассивной радио¬ локации, лазерные средства обзора, оптикоэлектронные средства пассив¬ ного наблюдения (телевизионные и тепловизионные) и бортовое вычис¬ лительное устройство для обработки данных, поступающих от датчиков. Для автономного полета к за¬ ранее определенной цели разведы- вательно-ударный беспилотный вертолет должен самостоятельно выполнить следующие действия: - ч Р 612 рш Г J if 4 I цр
■ Достичь района расположения цели. ■ Найти цель среди множества на¬ блюдаемых объектов, прежде всего по ее некоординатным ха¬ рактеристикам. ■ Оценить координатные характе¬ ристики выявленной по некоор¬ динатным характеристикам цели. ■ Вычислить параметры взаимного сближения с целью. ■ Наметить точку прицеливания на искомом объекте (или найти эту точку в соответствии с полетным заданием). ■ Осуществить автоматическую посадку в точку прицеливания или доставку груза. Для обеспечения беспилотного вертолета возможностью в реальном времени (on-line) выполнить анализ изображения, наблюдаемого борто¬ выми оптикоэлектронными устройст¬ вами, бортовое вычислительное уст¬ ройство должно иметь в своем соста¬ ве программное обеспечение, позво¬ ляющее осуществить: ■ Преобразование качественных параметров наблюдаемого изо¬ бражения (яркость, контраст¬ ность, четкость). ■ Изменение геометрические ха¬ рактеристики наблюдаемого изо¬ бражения (масштаб, представле¬ ние в перспективе). ■ Сегментацию содержания на¬ блюдаемого изображения. ■ Индивидуальный анализ элемен¬ тов и сюжетов, составляющих на¬ блюдаемое изображение, включая координатные и некоординатные характеристики. ■ Анализ углового положения по¬ садочной площадки и условий посадки. Алгоритмическое и программное обеспечение автоматической посадки БЛА с вертикальным взлетом и посадкой В основе разработанного метода автоматической посадки заложено формирование на поверхности пред¬ полагаемой посадки геометрической фигуры с известными характеристи¬ ками (форма, размер). Степень изме¬ нения этих характеристик и величина изменения являются исходными дан¬ ными для оценки как самого места посадки, так и параметров выполне¬ ния этой процедуры (вертикальная скорость, высота). Обеспечение автоматической по¬ садки вертолетного БЛА является од¬ ной из самых сложных задач, стоящих перед разработчиками ЛА такого ти¬ па. Беспилотный вертолет или кон- вертоплан, обладающий способно¬ стью выполнить такого рода маневр, является изделием, ценность которого трудно переоценить: подобная маши¬ на способна быть в эксплуатации да¬ же у персонала, не обладающего уме¬ нием дистанционно посадить БЛА. Особенно это касается ЛА вертолет¬ ного типа. Для автоматической посадки беспилотного вертолета на выбранную или заданную в полетном задании площадь необходимо оценить пространственное положение этой площади, т.е. степень негоризонтальности этой площадки. Такая процедура необхо¬ дима для выяснения самой возможности IjtjfRRt 613
посадки в намеченном месте, поскольку вертолет может осуществить автоматиче¬ ское (не управляемое пилотом) приземле¬ ние только на поверхность, негоризонталь- ность которой не может превышать опре¬ деленного значения - не более 5 градусов. Поэтому дистанционное определение сте¬ пени негоризонтальности площади посадки является первостепенной задачей, которую система автоматической посадки беспи¬ лотного вертолета должна решить. После подлета БЛА по поса¬ дочной глиссаде в район расположе¬ ния посадочной площадки необхо¬ димо решать следующие задачи на¬ вигации и управления: ■ Определение взаимного положе¬ ния БЛА и намеченной точки по¬ садки, в качестве которой при¬ нимается центр выбранной поса¬ дочной площадки. ■ Определение величины дрейфа БЛА от воздействия ветра. ■ Компенсация воздействия ветра на БЛА. ■ Вывод БЛА в точку над центром посадочной площадки. ■ Зависание БЛА над центром по¬ садочной площадки. ■ Снижение с регулируемой вер¬ тикальной скоростью. ■ Приземление. По результатам анализа литера¬ туры были выявлены основные со¬ временные тенденции построения систем автоматизированной и автома¬ тической посадки БЛА с вертикаль¬ ным взлетом и посадкой. I Серьезное отличие системы автоматиче¬ ской посадки от систем автоматизирован¬ ной посадки заключается в процедуре вы¬ бора и анализа состояния посадочной пло¬ щадки, а также в определении метеороло¬ гических условий (направление ветра) в районе посадки. В известных существую¬ щих в настоящее время системах автомати¬ зированной посадки БЛА оператором вы¬ полняется выбор посадочной площадки, анализ метеорологических условий и зада¬ ние параметров снижения до момента ка¬ сания поверхности, а поддержание задан¬ ных параметров полета и стабилизация ле¬ тательного аппарата выполняется аппара¬ турой автопилота БЛА. Полноценная сис¬ тема автоматической посадки БЛА должна выполнять все эти контрольные функции самостоятельно. Главная особенность предло¬ женных к настоящему времени сис¬ тем посадки заключается в том, что их функционирование основывается чаще всего на работе наземных уст¬ ройств, расположенных на площадке предполагаемой посадки БЛА, а не бортовой аппаратуры, играющей в та¬ ких системах второстепенную роль. Другими словами, место посадки маркируется объектами с известными некоординатными характеристиками. Такими объектами, называемых в различных литературных источниках «наземными ориентирами» или «мая¬ ками», выступают уголковые отража¬ тели и источники электромагнитного излучения (система автоматической посадки радиолокационного, оптико¬ электронного или радионавигацион¬ ного типа), лазерные излучатели с модулями обеспечения требуемых па¬ раметров излучения (система автома¬ тической посадки лазерного типа) или 1 < Ш 614
источники электромагнитного излу¬ чения в видимой зоне спектра (систе¬ ма автоматической посадки телевизи¬ онного или тепловизионного типа). Применение таких наземных ориентиров позволяет осуществить автоматическую посадку беспилотно¬ го вертолета только в тех местах, где подобные информационные источни¬ ки могут быть установлены. Однако установка наземных ориентиров удобна и допустима далеко не всегда: место посадки БЛА, выполняющего какое-либо специальное задание, ча¬ ще всего бывает заранее не известно и не доступно. И, кроме того, располо¬ жение наземных ориентиров посадоч¬ ной площадки демаскирует место дислокации экипажа наземной стан¬ ции управления, располагаемой обычно рядом. Для выполнения ряда специальных заданий, возлагаемых на беспилотный вертолет, требуется спо¬ собность бортовой радиоэлектронной аппаратуры такого БЛА самостоя¬ тельно определять условия посадки и анализировать состояние площадки, на которую намечено и предполагает¬ ся осуществить приземление. К поло¬ жительным тенденциям в конструк¬ циях известных систем посадки бес¬ пилотных вертолетов следует отнести стремление создать комбинирован¬ ную или комплексированную (т.е. од¬ новременно использующую инфор¬ мационные датчики разной физиче¬ ской природы) систему управления и посадкой БЛА. Задача построения системы ав¬ томатической посадки БЛА верто¬ летного типа, исходя из технических требований к такой разработке: соз¬ дать систему посадки, обеспечиваю¬ щую посадку БЛА вертолетного типа на ровную, плоскую, твердую и не оборудованную никакими искусствен¬ ными наземными ориентирами по¬ верхность, координаты которой назна¬ чаются полетным заданием или зада¬ ются оператором наземной станции управления этим БЛА. Система автоматической посадки должна самостоятельно измерить сте¬ пень горизонтальности гладкой и твердой посадочной площадки, а так¬ же выработать и передать в автопилот БЛА данные для формирования авто¬ пилотом таких команд управления БЛА, которые обеспечивают зависа¬ ние и удержание этого БЛА над цен¬ тром посадочной площадки и под¬ держание требуемой вертикальной скорости снижения вертолета вплоть до момента касания поверхности по¬ садочной площадки. Задачу измерения параметров площади посадки БЛА вертолетного типа [98] предлагается решать на ос¬ нове совместного применения лазер¬ ных излучателей и оптикоэлектрон¬ ной аппаратуры наблюдения за зоной лазерного облучения площади пред¬ полагаемой посадки. В соответствии с этим методом определение степени негоризонтальности площади по- садки выполняется на основе совме¬ стного применения следующих уст¬ ройств: ■ Установленная на гиростабили- зированной платформе наблюда¬ тельная оптикоэлектронная ка¬ мера, ориентированная в надир. ■ Установленные на гиростабили- зированной платформе лазерные
излучатели, формирующие пятна засветки зондирующих лучей на площади посадки. ■ Лазерный излучатель, жестко прикрепленный к корпусу верто¬ лета и ориентированный парал¬ лельно оси OY связанной систе¬ мы координат вертолета. ■ Вычислительное устройство, осуществляющее обработку изо¬ бражения, формируемое оптико¬ электронной камерой. Дистанционный анализ степени негоризонтальности посадочной пло¬ щадки основан на следующих физи¬ ческих принципах: на ровной плоской поверхности, на которую предполага¬ ется осуществить посадку БЛА, ис¬ пользуя семь лазерных излучателя зондирующих лучей, формируется состоящее из семи пятен засветки ис¬ пытательное изображение - шести¬ угольник. Выполняется наблюдение посадочной площадки с помощью те¬ левизионной камеры, ориентирован¬ ной в надир. После анализа числен¬ ных значений координат расположе¬ ния пятен засветки осуществляется определение степени негоризонталь¬ ности посадочной площадки, прини¬ мается решение о возможности вы¬ полнения посадки БЛА и вычисляют¬ ся значения режима полета в процессе снижения и приземления. Таким образом, в качестве сис¬ темы дистанционного зондирования посадочной площадки используются установленные на гиростабилизиро- ванной платформе телевизионный датчик, осуществляющий наблюдение посадочной площадки, и лазерные из¬ лучатели, формирующие на посадоч¬ ной площадке определенную фигуру с конкретными параметрами, а также вычислительное устройство, обраба¬ тывающее изображение, формируе¬ мое телевизионным датчиком, с це¬ лью определения характеристик поса¬ дочной площадки и вычисления па¬ раметров самого процесса посадки (вертикальная скорость, углы крена у и тангажа в вертолета и его положе¬ ние относительно посадочной пло¬ щадки). Локационные способности лазерных излучателей [790] в рас¬ сматриваемой системе не использу¬ ются. Схема системы автоматической посадки, в состав которой входят пе¬ речисленные устройства, представле¬ на на рис. 6.1. В качестве фигуры, анализируя искажения которой система автома¬ тической посадки будет информиро¬ вать автопилот об углах крена у и тан¬ гажа в, угловых скоростях у и 0, а также о вертикальной скорости сни¬ жения вертолета, выбран равносто¬ ронний шестиугольник с выделением точки-центра шестиугольника. Такой выбор обусловлен тем фактом, что подобная фигура состоит из шести равносторонних треугольников, а по координатам трех пятен засветки, формирующих вершины каждого тре¬ угольника, возможно получение ана¬ литического описания плоскости, на которой расположена посадочная площадка. Избыточное количество треугольников позволяет повысить точность вычисления параметров по¬ садочной площадки. Аналитическое описание плоскости позволяет опре¬ делить угловые положения этой плос¬ 1 §§ Ш 616
Рисунок 6.1 Схема системы автоматической посадки БЛА кости относительно вертолета и полу¬ чить все необходимые данные для формирования автопилотом вертолета команд управления процессом авто¬ матической посадки. Для примера рассмотрим только один равносторонний треугольник из группы. Для формирования изображения вершин равностороннего треугольни¬ ка на посадочной площадке выбраны бортовые лазерные излучатели, выра¬ батывающих излучение зеленой об¬ ласти спектра (Я = 535 нм) и ориенти¬ рованных соответствующим образом (рис. 6.1). Как следует из рис. 6.1, на борту беспилотного вертолета есть два места крепления лазерных излу¬ чателей: блок, который установлен на гиростабилизированной платформе, и лазерный излучатель, прикрепленный к корпусу БЛА. Лазерные излучате¬ ли выполняют следующие функции: ■ Группа из семи лазерных излуча¬ телей зеленой области спектра, установленных на гиростабили¬ зированной платформе, предна¬ значена для определения степени негоризонтальности посадочной площадки. ■ Лазерный излучатель красной области спектра, жестко прикре¬ пленный к корпусу вертолета, предназначен для определения углов крена у и тангажа в и угло¬ вых скоростей перемещения это¬ го БЛА. Для реализации алгоритма опре¬ деления степени негоризонтальности посадочной площадки лазерные излу¬ чатели зондирующих лучей и наблю¬ дательная телевизионная камера раз¬ несены в пространстве на некоторое наперед заданное базовое расстояние, которое обеспечивает возможность измерения трехмерных пространст¬ венных координат наблюдаемой по¬ садочной площадки. При размерах углового поля наблюдательной каме¬ ры 60x40 град с высоты включения системы автоматической посадки (приблизительно 20 м) будет обеспе¬ чен обзор площади посадки размером 23x14 м. На минимальной высоте ра¬ боты системы автоматической посад¬ ки, равной 0,5 м, сохраняется воз-
можность обзора площади 0,6x0,35 м. Исходя из этих величин, определяют¬ ся координаты расположения центра блока крепления лазерных излучате¬ лей (рис. 6.2,я, где 1 - корпус верто¬ лета; 2 - гиростабилизированная платформа; 3 - лазеры зондирующих лучей; 4 - наблюдательная телевизи¬ онная камера; 5 - лазер измеритель¬ ного луча). Лазерные излучатели обеспечи¬ вают нахождение формируемых ими изображений внутри углового поля наблюдательной телевизионной ка¬ меры при всех допустимых и запре¬ дельных значениях углов крена у и тангажа в (±10 град) и негоризон- тальности площади посадки в преде¬ лах ±10 град. Итак, в пространстве заданы (рис. 6.3) нормальная земная система координат OoXgYgZg, система коорди¬ нат гиростабилизированной платфор¬ мы OyXvYvZv, плоскость XvOvZv кото¬ рой параллельна плоскости XgO§Zg нормальной земной системы коорди¬ нат OoXgYgZg, и связанная система ко¬ ординат беспилотного вертолета OXYZ. Направления осей нормальной земной системы координат считаются Рисунок 6.2 Схема расположения наблюдательной телевизионной камеры и лазерных излучателей на борту вертолета (а); расположение трех пятен засветки (б)
Рисунок 6.3 Пояснение алгоритма определения степени негоризонтальности площади посадки опорными. Начало системы коорди¬ нат гиростабилизированной платфор¬ мы совмещено с главной точкой объ¬ ектива наблюдательной телевизион¬ ной камеры (центром проекции). Рас¬ стояние между началами координат нормальной земной системы и системы координат гиростабилизированной платформы определяется вектором R. Направление осей связанной системы координат беспилотного вертолета OXYZ совпадает с направлениями его строительных осей: ось ОХ параллель¬ на продольной оси вертолета и направ¬ лена вперед, ось OZ параллельна попе¬ речной оси вертолета и направлена вправо по ходу вертолета, ось OY пер¬ пендикулярна плоскости XOZ, распо¬ ложена в плоскости симметрии верто¬ лета и направлена вверх. На гиростабилизированной плат¬ форме устанавливается ориентиро¬ ванная в надир наблюдательная теле¬ визионная камера с фокусным рас¬ стоянием объектива / (расстояние до плоскости проекции Р) и угловым по¬ лем наблюдения 40° *60°. Оптическая ось наблюдательной телевизионной камеры совмещена с осью OvYv систе¬ мы координат OvXvYvZv гиростабили¬ зированной платформы. На гиростабилизированной плат¬ форме размещается семь лазерных излучателей зондирующих лучей. Для расчетов из семи выбирается три ла¬ зерных излучателя, поскольку трех точек достаточно для построения плоскости, к которой эти точки отно¬ сятся (посадочная площадка). В сис¬ теме координат гиростабилизирован¬ ной платформы заданы координаты точки схода прямых зондирующих лучей M{xwyKpz1^) и координаты ис¬ ходных точек каждого зондирующего луча Ai(xAij/Ai9zAi)9 В^хв^в^) и Ci(xcvyc]^c{y
На корпусе вертолета устанавли¬ вается лазерный излучатель измери¬ тельного луча красного цвета. Исход¬ ная точка измерительного луча К(хк,ук-?к) расположена на оси OyXv СК OyXvYvZv гиростабилизированной платформы при нулевых углах крена у и тангажа в. Также задано базовое расстояние Ь2 между оптической осью наблюдательной телевизионной каме¬ ры и исходной точкой измерительно¬ го луча при нулевых углах крена у и тангажа в. Измерительный луч ориен¬ тирован перпендикулярно плоскости XOZ связанной системы координат и направлен вниз. Координаты исход¬ ной точки измерительного луча К(хк,ук^к) заданы в связанной систе¬ ме координат вертолета OXYZ и могут быть пересчитаны в систему коорди¬ нат OyXvYvZv гиростабилизированной платформы. Зондирующие лучи МАи МВ\ и МС\ формируют на площади посадки три пятна засветки А(ха,Уа^а), В(хв,Ув^в) И C(xcjcZc)- Эти пятна яв¬ ляются вершинами треугольника, об¬ разованного в результате пересечения плоскости площади посадки и пира¬ миды, ребрами которой являются зондирующие лучи. При нулевых уг¬ лах крена у и тангажа в вертолета и положении площади посадки, парал¬ лельном плоскости XvOvZv системы координат OyXyYvZy гиростабилизиро¬ ванной платформы, треугольник яв¬ ляется равносторонним. Теперь в системе координат гиро¬ стабилизированной платформы нужно определить пространственные коорди¬ наты точек А(хауа£а)9 В(хв,ув^в) и С(хс,ус^с) пересечения зондирующих лучей и плоскости площади посадки. Поскольку точки А(ха,Уа^а), В(хв,Ув^в) и С(хс,Ус^с) принадлежат одной плос¬ кости и не лежат на одной прямой, по найденным их координатам можно вывести аналитическое описание (уравнение) плоскости площади по¬ садки L. Далее оценивается взаимное положение плоскостей L и XvOvZv (т.е. степень негоризонтальности плоскости посадочной площадки L) и, как след¬ ствие, делается заключение о возмож¬ ности посадки вертолетного БЛА на выбранную площадь. Алгоритм определения в системе координат гиростабилизированной платформы пространственных координат точек A(xA,yA,ZA)> Щхв>ув,1в) и C(xc,yc,Zc) (рис. 6.4) пересечения зондирующих лучей и плоскости площади посадки L Этап 1. По значениям координат точек А1, М и В\ определяется аналитическое опи¬ сание плоскости А\МВ\. 620
Рисунок 6.4 Пояснение алгоритма определения пространственных координат точек А(хл,Ул^а), В(хв,Ув^в) и С(хс,Ус^с) Этап 2. По значениям координат точек Ви М и Q определяется аналитическое описа¬ ние плоскости В{МС\.
Этап 3. По значениям координат точек А1, М и С1 определяется аналитическое опи¬ сание плоскости А1 МС\. Этап 4. С плоскости проекции Р, на которой расположена мишень оптикоэлектрон¬ ного преобразователя наблюдательной телевизионной камеры, в системе координат гиро- стабилизированной платформы осуществляется съем координат точек А2, В2 и С2 - проек¬ ций точек А, В и С пересечения зондирующих лучей и плоскости площади посадки L.
откуда Этап 6. Вычисляются координаты точки пересечения проецирующего луча ОВ2 и плоскости В{МС\ - искомые пространственные координаты точки В(хв,ув^в) - точки пере¬ сечения зондирующего луча МВ\ и плоскости площади посадки L. Для этого решается сис¬ тема следующих уравнений, считая х9 у и z за неизвестные: Этап 5. Вычисляются координаты точки пересечения проецирующего луча ОА2 и плоскости АХМВ\ - искомые пространственные координаты точки A(xA,yArzA) - точки пере¬ сечения зондирующего луча МАХ и плоскости площади посадки L. Для этого решается сис¬ тема следующих уравнений, считая х9 у и z за неизвестные: Окончательно координаты точки A(xA,yArzA) вычисляются по формулам:
откуда Этап 7. Вычисляются координаты точки пересечения проецирующего луча ОС2 и плоскости А\МС\ - искомые пространственные координаты точки С(хс,ус^с) - точки пере¬ сечения зондирующего луча MCI и плоскости площади посадки L. Для этого решается сис¬ тема следующих уравнений, считая x,yuz за неизвестные: п Окончательно координаты точки B(xB,yB,zB) вычисляются по формулам: откуда
+УА [(*с,~XA ){zM-ZA )-(хм-xAi )(zC| -z4 )] + /[(%, -*4)(^-^)-(xm-x4)(zc, -z4)] + (xm -*4 )(jc, M*c, Ж ~УА ) + +Z C2 (xm ~*4, )(jq )-(*c, )(^ ). Окончательно координаты точки С(хс,Ус, zc) вычисляются по формулам: хс = xc2h 9 Ус ~ ftз 9 2с ~ zc2h • Этап 8. По значениям координат точек Л(хА,уА^А% B(xB,yB,zB) и С(хс,Ус^с) выводится искомое аналитическое описание плоскости площади посадки L. Плоскость, проходящая через три различные точки, не лежащие на одной прямой, может быть описана следующим уравнением первой степени: х~хл У-Уа 2~2а хв~ха Ув-Уа zb~za хс ~ха Ус ~ У а 2 с ~ 2 а = (х-ха)[(Ув-Уа)(2с-2а)-(Ус-Уа)(2в~2а)] + + (у-Ул)[(ХС-ХА)(гВ-2А)-(ХВ-ХА)(2С-2А)] + + (2-2а)[(хв-ха)(Ус-Уа)-(хс-ха)(Ув-Уа)] = = х[(Ув-Уа)(2с-2а)-(Ус-Уа)(2в-2а)] + +у\_(хс -xA)(zB-zA)~(хв -xA)(zc -zA)] + +2\_(хв-хА)(ус ~ Ул)-{хс- хА)(ув- уА)\- ~ха \_{Ув~Уа){2с ~2а)~(Ус-Уа)(2в ~2а)\- -Уа\{хс-ха){2в-2а)-{хв-ха){2с-2а)\- ~2А [(** - ХА ) (Ус - У А ) - (■*С - ХА ) (уВ - У А )] = 0 • Этап 9. Определяются значения углов наклона площади посадки относительно осей системы координат гиростабилизированной платформы - степень негоризонтальности площади посадки. Поскольку плоскость XvOJZv системы координат гиростабилизированной платформы OvXyYyZy и плоскость XgOoZg нормальной земной системы координат OoXgYgZg параллельны, полученные значения углов наклона характеризуют положение площади по¬ садки и нормальной земной системе координат. Введя следующие обозначения: к = (Ув-Ул)(гс-гл)-(Ус-Ул)(2в-2л)> 1' = (хс-ха)(2в-2а)-(хв~ха)(2с-2а), М = (хв-хА)(ус-уА)-{хс-хА)(ув-уА), » 625 Ш
Определяются значения полярных углов аь /?ь ух и полярного расстояния рх плоскости площади посадки L (длины перпендикуляра - ближайшего расстояния до площади посадки). Длина вектора полярного расстояния р Угол а\ между направлением вектора полярного расстояния и осью ОуХу в системе ко- ординат гиростабилизированной платформы определяется из выражения: Угол Р\ между направлением вектора полярного расстояния и осью OvYv в системе ко¬ ординат гиростабилизированной платформы определяется из выражения: Угол у] между направлением вектора полярного расстояния и осью OJZv в системе ко¬ ординат гиростабилизированной платформы определяется из выражения: Если полученные значения полярных углов аир\ и у} соответствуют наклону площади посадки не более чем на 5 градусов от горизонтального направления, параллельного на¬ правлению плоскости XgO0Zg нормальной земной системе координат OoXgYgZg, посадка на выбранную поверхность возможна. В противном случае - нет. Алгоритм определения угла тангажа в вертолетного БЛА Для определения углов крена у и тангажа в вертолета использован лазерный излуча¬ тель, формирующий измерительный луч красного цвета. Красный цвет луча выбран из стремления повысить надежность цветного разделения пятен засветки красного и зеленого цвета при съемке поверхности посадки цветной наблюдательной телевизионной камерой и последующей цифровой обработке полученного изображения. Значение угла тангажа в вертолета вычисляется по результатам анализа телевизионного наблюдения пятна засветки измерительного луча и вычисленных параметров площади посад¬ ки (рис. 6.5). Определение значения угла тангажа в выполняется по следующему алгоритму. 626 уравнение плоскости площади посадки L записывается в виде:
Рисунок 6.5 Пояснение алгоритма определения углов крена у и тангажа в беспилотного вертолета Этап 2. С плоскости проекции Р, на которой расположена мишень фотоприемного устройства наблюдательной телевизионной камеры, в системе координат гиростабилизиро- ванной платформы осуществляется съем координат точки T2(xT2yT2^zTo) - проекций точки T(xT,yTrzT) пересечения измерительного луча КТ и плоскости площади посадки L. Этап 1. В системе координат гиростабилизированной платформы вычисляются зна¬ чения координат точки Н(хн,ун^н) - точки пересечения оси OvYv системы координат гиро¬ стабилизированной платформы OvXvFvZv и плоскости посадки L (расстояние от вертолетного БЛА до площади посадки в надир). Для определения искомого значения ун в уравнение плоскости площади посадки L подставляются значения хн =0 и zH =0: откуда получается
Этап 3. По координатам точки Т2(хТ^уТ^Т^ определяется уравнение линии, проходя¬ щей через начало координат 0V(O,O,O) системы координат гиростабилизированной платфор¬ мы (центр проекции) и точку Т2(хт/)>ут (т.е. и через точку Т(хт,ут^т)) - проецирующий луч От. поскольку откуда Окончательно координаты точки Т(хт,ут^т) вычисляются по формулам: Этап 5. По координатам точки T(xT,yTyzT) определяется уравнение линии КТ (уравне ния измерительного луча), проходящей через исходную точку измерительного луч К(хк,ук^к) и точку Т(хТ,уТ^Т)- При этом в виду малости не учитываются изменения коордг нат точки К(хк,ук^к), вызванные наличием угла крена у и тангажа в (смещение на единит миллиметров по осям 0,XV и OvZv в СК гиростабилизированной платформы).
х~хк = У-Ук = z~za: хт ~ хк Ут~ У к zt ~ zk Этап 6. В системе координат гиростабилизированной платформы вычисляются коор¬ динаты точки Е(хЕ,уЕ^Е) - точки пересечения линии КТ (измерительного луча) и плоскости У+Ун^О. Для этого решается система следующих уравнений, считая х,у и z за неизвестные: Алгоритм определения угла крена у БЛА вертолетного типа Значение угла крена у вертолета определяется по результатам вычисления коорди¬ нат точки E(xE,yE,zE) - точки пересечения линии КТ (измерительного луча) с плоскостью у+ун = 0, а также используя найденною величину угла тангажа в: Окончательно координаты точки Е(хЕ,уЕ^Е) вычисляются по формулам: Этап 7. По значениям координат точки Е(хЕ,уЕ^Е) в системе координат гиростабили¬ зированной платформы определяется величина угла тангажа в вертолета. Корректируется величина координаты^: вычитается смещение Ь2 исходной точки измерительного луча КТ: Вычисляется значение угла тангажа в вертолета:
Алгоритм определения угловых скоростей крена у и тангажа в БЛА вертолетного типа Для соблюдения условий безопасной посадки снижение беспилотного вертолета должно быть выполнено в режиме горизонтальной стабилизации этого вертолета. Такой режим обеспечивает аппаратура исполнительной системы управления - автопилот, постро¬ енный на базе датчиков положения и состояния БЛА. Эти датчики (гироскопы и акселеро¬ метры) вырабатывают сигналы, пропорциональные ускорениям, которые воздействуют на БЛА, и угловым скоростям перемещения этого БЛА в пространстве. Аппаратура автопилота может быть дополнительно снабжена данными об угловых скоростях перемещения БЛА в пространстве, используя оптикоэлектронную аппаратуру, предназначенную для анализа состояния и измерения параметров площади посадки. Значения углов крена у и тангажа в, вычисленные по алгоритмам, представленным выше, при достаточной производительности процессора, осуществляющего вычисление этих углов, могут быть сформированы с частотой 25 Гц - частотой следования кадров от наблюдательной телевизионной камеры, составляющей 25 кадров в секунду. Такой скоро¬ сти поступлении в автопилот данных об угловых скоростях может быть достаточно для обеспечения автопилотом режима стабилизации БЛА. Определяя разности между последовательно вычисленными значениями углов крена у и тангажа в, формируются значения угловых скоростей у и в перемещения в про¬ странстве БЛА вокруг соответствующих этим скоростям осей ОХ и OZ связанной систе¬ мы координат БЛА. Алгоритм управления снижением БЛА вертолетного типа, его посадкой на намеченную площадку Снижение вертолета в режиме автоматической посадки осуществляется по следую¬ щему алгоритму: Этап L После достижения режима зависания над выбранной площадью посадки, ис¬ пользуя бортовые оптикоэлектронные датчики и лазерный высотомер, измеряется высота полета вертолета. Этап 2. Определяется степень негоризонтальности площади посадки и делается за¬ ключение о пригодности выбранного места для безопасного приземления. Этап 3. В автопилот выдается команда начать снижение с некоторой постоянно кон¬ тролируемой путем последовательного вычисления значений высоты полета вертикальной скоростью (например, не более 0,2 м/с). Этап 4. При достижении высоты принятия решения, приблизительно равной четвер¬ той части диаметра винта основного ротора (например, 0,75 м), выполняется остановка процесса снижения. Этап 5. Осуществляется измерение и анализ значений и скоростей изменения углов крена у и тангажа в принимается решение о выполнении посадки на выбранную площадку. Этап 6. Автопилот выдает команду на уменьшение величины тяги основного ротора, по исполнению которой вертолет опускается на посадочную площадку и процесс приземле¬ ния завершается. Вычислительный процесс обработки изображения, формируемого телевизионный' датчиком, строится по параллельной схеме, позволяющей параллельно или (при наличии аппаратурных средств) одновременно вычислять координаты вершин формируемой ла¬ зерными излучателями фигуры. Кроме того, реализованные параллельным методом вы¬
числения обеспечили возможность одновременного определения углов крена и тангажа вертолета, а по величинам их изменения во времени вычислять соответствующие угловые скорости. Новизна полученных результатов [98, 99, 570, 887] заключается в новом, оптикоэлек¬ тронном методе и алгоритме дистанционного определения параметров посадочной площад¬ ки вертолета. Разработанная система дистанционного определения параметров плоскости позволяет обеспечить бортовую навигационную систему вертолета дополнительным ин¬ формационным каналом. Предложенный алгоритм параллельных вычислений параметров наблюдаемой опти¬ коэлектронной системой плоскости также дает возможность построить систему для удален¬ ного измерения углового положения различных плоских объектов (в частности, стен). Экспериментальные исследования, проведенные на реальных БЛА и имитационной модели системы автоматической посадки [98, 99, 888], подтверждают достоверность и реа¬ лизуемость предложенной технологии посадки. Имитационная модель системы автоматиче¬ ской посадки была создана с учетом опыта применения имитационной модели системы са¬ монаведения [58, 59]. Биокибернетический подход К ПОСТРОЕНИЮ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ АНАЛИЗА ОПТИКОЭЛЕКГРОННЫХ И РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Для решения задач дистанцион¬ ного мониторинга земной поверхно¬ сти в состав бортовой аппаратуры БЛА и пилотируемых летательных аппаратов в качестве полезной на¬ грузки входит аппаратура анализа ок¬ ружающего пространства и подсти¬ лающей земной поверхности. Анали¬ зируемые изображения могут быть сформированы как пассивными - оп¬ тикоэлектронными (телевизионными или тепловизионными), так и актив¬ ными - радиолокационными систе¬ мами наблюдения. Такая аппаратура способна решать также навигацион¬ ные и прицельные задачи. Бортовая аппаратура анализа изображений автономно функциони¬ рует в режиме жесткого реального времени. Такой режим обычно обес¬ печивается либо применением вычис¬ лительных устройств высокого быст¬ родействия, либо организации вычис¬ лительного процесса на основе «бы¬ стрых алгоритмов» (чаще всего - рас¬ параллеливание процедуры обработки между несколькими вычислителями), либо одновременным применением обоих упомянутых способов. Анализируя различные варианты возможной аппаратурно-программной реализации бортовой аппаратуры анализа изображений, целесообразно обратиться к методам построения по¬ добных систем в живой природе, в частности, у высокоорганизованных животных и человека. «Аппаратура анализа изображений» у любого жи¬
вого организма - это одно из основ¬ ных средств его приспособления и выживания. Поэтому в процессе эво¬ люции средства анализа наблюдаемо¬ го изображения живых высокооргани¬ зованных организмов достигли самых совершенных структур, реализующих оптимальные для соответствующего вида живого существа алгоритмы об¬ работки воспринимаемой органами чувств информации. Главным средством дистанцион¬ ного зондирования и познания окру¬ жающего мира у живых существ яв¬ ляется, безусловно, зрение, сооб¬ щающее организму до 80% информа¬ ции об окружающей обстановке. Од¬ нако определенная группа животных обладает и способностью исследовать окружающий мир средствами эхоло¬ кации в воздухе и под водой. Экспе¬ рименты с дельфинами продемонст¬ рировали их практически одинаковую возможность ориентироваться под водой с открытыми и закрытыми гла¬ зами. Физиологи объясняют эту спо¬ собность восприятием дельфинами окружающего пространства в виде оптического или радиолокационного изображения, формируемого на осно¬ ве информации от глаз или эхолока¬ тора. Локационные или визуальные изображения проходят сложный и се¬ годня до конца еще не понятый путь обработки в мозгу высокоорганизо¬ ванного животного или человека. Од¬ нако даже выясненные к настоящему времени некоторые высокоэффектив¬ ные методы распознавания и класси¬ фикации изображений в мозгу чело¬ века и высокоорганизованных живот¬ ных уже позволяют сформулировать такие алгоритмы обработки изобра¬ жений, которые обеспечат обработку изображений с требуемой скоростью и с высоким качеством. Физиологами выяснено, что вос¬ принимаемые изображения одновре¬ менно и практически параллельно об¬ рабатываются в двух полушариях по разным методам и правилам. Такой метод обработки соответствует вто¬ рому из перечисленных выше спосо¬ бов обеспечения возможности анали¬ за изображений в режиме жесткого реального времени. В настоящее время существует тенденция построения систем распо¬ знавания образов на основе опреде¬ ленных нейрофизиологами методов обработки оптических визуальных изображений, составляющих алго¬ ритмическую основу работы головно¬ го мозга человека и высших живот¬ ных - биокибернетических или био¬ нических методов. При этом следует учитывать особенности обработки изображений (как оптических, так и радиолокационных) в левом и правом полушариях головного мозга. Левое полушарие головного моз¬ га выполняет следующие функции: ■ Измерение параметров геомет¬ рических искажений наблюдае¬ мого изображения. ■ Поиск и выделение контуров объектов на поле изображения, а также поиск наиболее информа¬ тивных точек на контурах - то¬ чек максимальной кривизны. ■ Контурный корреляционный ана¬ лиз оконтуренных областей с це¬ лью выделения искомых объектов.
Правое полушарие головного моз¬ га выполняет следующие функции: ■ Поиск и выделение текстурно¬ однородных областей. ■ Вычисление двумерных спек¬ тральных характеристик изобра¬ жения и определение углов от¬ клонения от вертикального на¬ правления. ■ Вычисление статистических ха¬ рактеристик изображения. ■ Коррекция геометрических ис¬ кажений наблюдаемого изобра¬ жения на основании параметров искажений, выявленных в левом полушарии. ■ Геометрические преобразования эталонных изображений, выпол¬ няемые для согласования усло¬ вий наблюдения объекта и эта¬ лона. Рассмотренные методы обработ¬ ки изображений в мозгу человека и способы «аппаратурной реализации» этих методов подсказывают вариант построения бортовой аппаратуры анализа изображений по двухканаль¬ ному принципу. Один канал осущест¬ вляет обработку изображений анало¬ гично левому полушарию головного мозга (левый канал). Второй канал выполняет некоторые функции право¬ го полушария (правый канал). Исходя из перечисленных осо¬ бенностей правого и левого полуша¬ рий мозга, можно сформулировать правила функционального разделе- ния между каналами операций об¬ работки изображений, выполняе¬ мых в бортовой аппаратуре, ис¬ пользующей биотехнические тех¬ нологии: Правило 1. Правый канал вы¬ полняет операции обработки наблю¬ даемого изображения, базирующиеся на анализе всего изображения в це¬ лом: вычисление двумерных спек¬ тральных характеристик наблюдаемо¬ го изображения (амплитудного и фа¬ зового спектра) и определение углов отклонения системы наблюдения от вертикального направления, опреде¬ ление параметров текстур, выполняе¬ мое с целью выделения однородных по составу областей изображения, выравнивание динамического диапа¬ зона яркости изображения, локальный текстурный анализ, выполняемый по запросам левого канала с целью уточ¬ нения контурных характеристик объ¬ ектов на изображении, сложные гео¬ метрические преобразования наблю¬ даемых изображений и эталонных изображений, осуществляемые при корреляционно-экстремальном поис¬ ке объектов на поле наблюдаемого изображения; Правило 2. Левый канал осуще¬ ствляет измерение величин и характе¬ ристик геометрических искажений в наблюдаемом изображении, контур¬ ную обработку наблюдаемого изо¬ бражения, заключающуюся в поиске точек максимальной кривизны на контурах объектов и окончательном выделении контуров объектов изо¬ бражения, определение содержания изображения путем детального анали¬ за выделенных областей (совместно с правым каналом), контурный корре¬ ляционный анализ оконтуренных об¬ ластей с целью выделения искомых объектов, т.е. собственно процедуры сегментации. я
Геометрические преобразования наблюдаемого изображения, выпол¬ няемые по разработанному и изло¬ женному в гл. 5 алгоритму, позволяют исправить проективные искажения наблюдаемого изображения на основе данных об условиях съемки (углы крена и тангажа, высота полета). Для наблюдения тепловых порт¬ ретов наземных объектов на борту БЛА могут устанавливаться теплови- зионные системы с матричными дат¬ чиками двух основных видов: прину¬ дительно охлаждаемые криогенной машиной и болометрические неохлаж- даемые. Выбор типа тепловизионного датчика обусловливается режимами работы, характеристиками целей, ус¬ ловиями съемки, а главное - требуе¬ мыми параметрами формируемого те¬ плового изображения. От качествен¬ ных характеристик теплового изобра¬ жения зависит эффективность автома¬ тического опознавания и измерения параметров объектов на формируемом тепловизионной системой изображе¬ нии. Изображение должно характери¬ зоваться возможно более высокой раз¬ решающей способностью, высоким контрастом и возможно меньшим уровнем шумов на этом изображении. Эти требования соответствуют стрем¬ лению получить более детальное, т.е. более информативное изображение. К наиболее распространенным в настоящее время методам распозна¬ вания образов на изображении отно¬ сятся: ■ корреляционно-экстремальный метод; ■ статистический и структурный методы; ■ метод геометрических инвариан¬ тов [546, 547, 442]. В соответствии с корреляционно¬ экстремальным методом решение задачи распознавания какого-то об¬ раза на изображении реализуется пу¬ тем вычисления взаимно корреляци¬ онной функции эталонного изображе¬ ния искомого объекта и всего текуще¬ го изображения. В случае, когда на текущем изображении будет обнару¬ жен объект, близкий по геометриче¬ ским и контрастным характеристикам к эталонному изображению, в этом месте текущего изображения будет зафиксирован максимум корреляци¬ онной функции. Будет ли этот макси¬ мум локальным или глобальным оп¬ ределяется тем, насколько близки по содержанию фрагмент изображения и эталон, а также, присутствуют ли еще где-либо на изображении фрагменты, похожие на эталон. Корреляционно¬ экстремальный метод используется для распознавания образов достаточно ши¬ роко, однако этому методу присущи следующие серьезные недостатки: ■ чувствительность метода к несо¬ ответствию масштаба эталона и анализируемых фрагментов изо¬ бражения (для обеспечения наи¬ большей достоверности анализа текущего изображения масштабы эталонного изображения и эле¬ ментов текущего изображения должны быть одинаковыми); ■ чувствительность метода к нали¬ чию проективных искажений в анализируемом изображении (изображение эталона такого ро¬ да искажениям обычно не под¬ вергнуто);
■ чувствительность метода к нали¬ чию несоответствия контрастных характеристик элементов теку¬ щего изображения (реальный те¬ пловой контраст объекта по от¬ ношению фону и реальный теп¬ ловой контраст между отдель¬ ными элементами объекта) по сравнению с «идеальными» кон¬ трастными характеристиками эталонного изображения; ■ чувствительность метода к воз¬ действию степени зашумленно¬ сти текущего изображения на ка¬ чество распознавания образов на этом изображении; ■ большой объем вычислений, что является проблемой при реали¬ зации в бортовом вычислителе. Распознавание элементов изо¬ бражения в соответствии со стати¬ стическим методом основано на со¬ поставлении некоторых статистиче¬ ских характеристик фрагментов изо¬ бражения эталона (например, диспер¬ сия, математическое ожидание и гистограмма) с соответствующими статистическими характеристиками фрагментов текущего изображения, содержание которых делается попыт¬ ка определить. Статистический метод распознавания образов особенно удо¬ бен при анализе текстур, покрываю¬ щих участки изображения, а также для уточнения деталей ранее опо¬ знанных объектов на исходном изо¬ бражении. Структурные методы распозна¬ вания образов на текущем изображе¬ нии базируются на сопоставлении оп¬ ределенных признаков и характера связей этих признаков между собой на эталонном изображении с соответ¬ ствующими характеристиками анали¬ зируемого текущего изображения. Примером использования структур¬ ного метода может быть сопоставле¬ ние представленного в виде цепного кода описания контурного эталона с представленными аналогично описа¬ ниями элементов текущего изображе¬ ния. Достоинством структурных ме¬ тодов распознавания может считаться их небольшая зависимость от взаим¬ ных геометрических характеристик между изображениями эталона и ис¬ ходным анализируемым текущим изображением. Главный недостаток структурных методов распознавания заключается в высокой степени субъ¬ ективности оценки соответствия эта¬ лона и фрагментов исходного изо¬ бражения, поскольку структурные признаки обычно формулируются разработчиками системы распознава¬ ния образов на основе субъективных мнений и степени их профессиональ¬ ной подготовки. Метод геометрических инвари¬ антов базируется на применении геометрических эталонов распозна¬ ваемых объектов. Этим метод геомет¬ рических инвариантов аналогичен корреляционно-экстремальному ме¬ тоду. Отличие заключается в методи¬ ке сопоставления геометрических ха¬ рактеристик эталона и фрагментов анализируемого изображения: по ме¬ тоду геометрических инвариантов со¬ поставление ведется не по целостно¬ му образу эталона и фрагмента на¬ блюдаемого текущего изображения, а путем сопоставления отдельных гео¬ метрических признаков эталона и
фрагмента этого наблюдаемого изо¬ бражения. К таким признакам отно¬ сятся в частности относительные зна¬ чения протяженности линий, принад¬ лежащих эталону и соответствующих линий, принадлежащих фрагменту, значения отношения площади какой- либо области эталона и фрагмента те¬ кущего изображения к суммарной длине ее контурной линии (т.е. к ин¬ вариантным величинам) и другие. Основная сложность применения ме¬ тода геометрических инвариантов за¬ ключается в сложности правильного выбора инвариантных характеристик эталона и фрагментов анализируемого изображения. Один из основных путей повы¬ шения эффективности работы систе¬ мы распознавания объектов (образов) на изображении - противошумовая обработка наблюдаемого текущего изображения. Понижение уровня гло¬ бальных и локальных шумов на ана¬ лизируемом изображении, выполняе¬ мое различными методами (накопле¬ ние изображения, двумерная и мно¬ гомерная линейная и нелинейная фильтрация и т. д.) или их комбина¬ циями, в настоящее время достаточно широко применяется для решения та¬ кой задачи. Известно, что человек способен успешно выявлять на анализируемом изображении искомые объекты, под¬ верженные геометрическим, спек¬ тральным, а также цветовым преобра¬ зованиям. Целостного механизма об¬ работки столь сложно преобразован¬ ных изображений в настоящее время не выявлено и (по мнению нейрофи¬ зиологов) в ближайшее время точного и всеобъемлющего описания принци¬ пов построения и действия такого ме¬ ханизма ожидать не следует [638]. Тем не менее, многие частные момен¬ ты, хорошо понятые и даже промоде¬ лированные [384], с успехом могут применяться на практике уже сейчас. Было установлено [384], а позже и объяснено, явление периодического изменения ширины спектра простран¬ ственных частот, анализируемого зрительной системой человека и высших животных в процессе наблю¬ дения предъявляемого изображения. При распознавании элементов наблю¬ даемого изображения анализируемый пространственный спектр этого изо¬ бражения периодически изменяется от узкополосного, содержащего толь¬ ко нижнечастотные составляющие, до спектра полной полосы. Открытие такого механизма ана¬ лиза изображений в головном мозге человека прояснило, почему можно достаточно четко видеть зашумлен¬ ные объекты, если размеры этих объ¬ ектов превышают размеры «зашум¬ ляющих» их деталей. Нижнечастот¬ ные составляющие пространственно¬ го спектра сцены воспринимаются дольше верхнечастотных составляю¬ щих спектра и они «накапливаются» в большей степени. Когда геометриче¬ ские размеры «полезных» и «зашум¬ ляющих» объектов соизмеримы, мо¬ жет произойти маскирование «полез¬ ных» объектов «зашумляющими». Соответствующая технология обра¬ ботки изображения с динамическим изменением ширины спектра воспри¬ нимаемых пространственных частот может быть полезной (а при опреде¬
ленных условиях и необходимой) в технической системе аппаратно- программного распознавания образов на анализируемом изображении [87]. Известно, что предпринимались попытки начинать процесс поиска объектов внутри какой-то сцены с процедуры двумерной нижнечастот¬ ной фильтрации всего изображения сцены. При анализе нижнечастотных составляющих спектра наблюдаемого текущего изображения снижается влияние присутствующих на изобра¬ жении шумов, энергия которых со¬ средоточена главным образом в об¬ ласти верхних частот спектра про¬ странственных частот. Представление текущего изображения в полосе ниж¬ них пространственных частот позво¬ ляет ценой потери части информации о сцене выявить освобожденные от шума и мелких текстур крупнораз¬ мерные объекты и определить неко¬ торые их геометрические характери¬ стики (например, геометрический центр). В случае наблюдения одной и той же сцены при периодическом ди¬ намическом преобразовании ширины спектра пространственных частот этой сцены (как это происходит в зри¬ тельной системе человека) появляется возможность сначала локализовать на общей сцене наиболее крупные объ¬ екты, сконцентрировать на них вни¬ мание и затем осуществить все более и более детальный анализ структур этих объектов. Представление текущего изо¬ бражения во все более широкой (и, наконец, в полной) полосе частот пространственного спектра текущего изображения позволяет уточнить по¬ ложение границ между объектами на изображении и выявить малоразмер¬ ные детали, а также мелкие текстуры. По мере расширения спектра обраба¬ тываемого наблюдаемого текущего изображения в этой системе выделя¬ ется и опознается (при наличии эта¬ лона) все большее число объектов на изображении (если, конечно, такие объекты там присутствуют). Предлагается следующий вари¬ ант реализации изложенного алго¬ ритма работы системы технического зрения (рис. 6.6). Наблюдаемое текущее изобра¬ жение формируется оптикоэлектрон¬ ным преобразователем ОЭП. Сфор¬ мированное изображение записывает¬ ся в запоминающее устройство ЗУ емкостью не менее двух тепловизи¬ онных кадров. Один кадр этого уст¬ Рисунок 6.6 Пояснение варианта реализации алгоритма работы системы технического зрения
ройства является рабочим, а другой предназначен для записи очередного кадра. Считываемое из рабочего кадра ЗУ изображение подается в управляе¬ мый фильтр нижних частот УФНЧ, в котором выполняется двумерная обра¬ ботка пространственного спектра на¬ блюдаемого текущего . изображения. Отфильтрованное изображение посту¬ пает в блок анализа содержания изо¬ бражения БАС. В этом блоке осущест¬ вляется интеллектуальная обработка преобразованного в управляемом фильтре нижних частот изображения, т.е. в этом элементе реализуется про¬ цедура распознавания объектов, со¬ ставляющих текущего изображения, и анализ всего изображения. Выходны¬ ми сигналами блока анализа содержа¬ ния изображения являются тип и ко¬ ординаты опознанного на текущем изображении искомого объекта (если, конечно, он там присутствует). Преоб¬ разование параметров в управляемом фильтре нижних частот осуществляет¬ ся по командам, формируемым в уст¬ ройстве управления УУ и передавае¬ мым всем элементам системы. Кроме рассмотренного алгорит¬ ма и примера построения системы анализа текущего изображения, большой интерес также представляет наблюдение сцены этого изображе¬ ния, на которой требуется выделить какие-то объекты (например, перио¬ дические структуры), используя по¬ лосовой и режекторный фильтры с переменной полосой прозрачности, которая периодически изменяется как в зрительной системе человека. Такой подход позволяет обеспе¬ чить выделение однородных объектов и, что особенно важно, дает возмож¬ ность эффективно определять границы объектов, покрытых различными тек¬ стурами, т.к. полосовой фильтр позво¬ ляет четко выявлять границы областей, покрытых различными текстурами [90]. Зрительная система человека по¬ зволяет уверенно определять границы между зонами изображения, покрыты¬ ми различными текстурами, используя механизм специальной обработки спектра наблюдаемого изображения. В ходе моделирования процессов обработки изображения, происходя¬ щих в зрительном анализаторе живых существ, был разработан метод тек¬ стурного анализа, осуществляемого на основе ориентированной фильтра¬ ции фрагментов наблюдаемого изо¬ бражения [567, 93, 90]. Вариант такой обработки выглядит следующим об¬ разом. Наблюдаемое текущее изобра¬ жение переводится в образ, элемен¬ тами которого являются мгновенные значения A(u,v) двумерного спектра исходного изображения, вычисляемо¬ го по некоторой окрестности точки а(х,у) этого текущего изображения, соответствующей точке образа A(u,v) (рис. 6.7). Рисунок 6.7 Пояснение процедуры специальной обра¬ ботки спектра наблюдаемого изображения
Каждое значение мгновенного двумерного спектра текущего изо¬ бражения вычисляется по правилам двумерного преобразования Фурье. Исследование областей текущего изображения, выполняемое с целью определения или уточнения границ зон, покрытых различными текстура¬ ми, проводится путем анализа харак¬ тера изменения параметров мгновен¬ ных спектров текущего изображения, составляющих образ. Когда степень изменения определенных параметров превышает заданную допустимую ве¬ личину, принимается решение о нахо¬ ждении границы области, покрытой определенной текстурой. Такой под¬ ход позволяет обеспечить выделение однородных объектов и, что особенно важно, дает возможность эффективно определять границы объектов, покры¬ тых различными текстурами. Выявление признаков наблюдае¬ мого изображения в мозге человека и высших животных производится на основе параллельно организованной обработки как участков наблюдаемого изображения, так и контуров объектов, на нем расположенных. В этом про¬ цессе особую роль играет процедура поиска границ между текстурами, за¬ полняющими разные участки наблю¬ даемого изображения и часто не имеющими выраженных переходов от одной текстуры к другой. Зрительная система в большинстве случаев удачно выделяет такие переходы, используя количественный анализ характеристик наблюдаемых и анализируемых тек¬ стур. В первичной зрительной (стри- арной) коре головного мозга сигналы, соответствующие изображению, сфор¬ мированные в клетках сетчаток глаз, проходят одну из стадий своей обра¬ ботки, конечная цель которой для жи¬ вого существа заключается в осмыс¬ ленном разбиении этого изображения на зоны, то есть в распознавании этого изображения. Как показали исследования, вы¬ полненные нейрофизиологами разных стран [778, 831], стриарная кора го¬ ловного мозга разбита на четко раз¬ граниченные области расположения групп нейронов (столбы нейронов). Такие столбы нейронов связаны с со¬ ответствующими им рецептивными полями сетчаток глаз и реагируют на содержание этих локальных (форми¬ руемых этими рецептивными полями) зон наблюдаемого изображения только в строго определенных для каждого столба направлениях. Разные группы нейронов, входящие в каждый столб, реагируют только на соответствующие им пространственные частоты, при¬ сутствующие на наблюдаемом изо¬ бражении. Столбы нейронов, связан¬ ные с одним рецептивным полем сет¬ чатки и реагирующие на разные на¬ правления, собраны в модули, охваты¬ вающие все ориентации линии анализа содержания в пределах 180 град. Исследование нейрофизиологов позволили сделать предположение, что такой локальный анализ содержания наблюдаемого изображения является одним из механизмов распознавания текстур, присутствующих на этом изо¬ бражении. Локальный анализ заключа¬ ется в определении спектральных ха¬ рактеристик наблюдаемой текстуры, вычисляемых вдоль нескольких, ори¬ ентированных под разными углами
направлениях (локальной ориентиро¬ ванной фильтрации). Такой локальный анализ позволяет определить важные частотные свойства наблюдаемой тек¬ стуры и отследить степень их постоян¬ ства по площади всего изображения. Зоны, где отмечаются заметные изме¬ нения этих локальных свойств, позво¬ ляют определять дислокацию границы области, занимаемой рассматриваемой текстурой. Для реализации алгоритма ло¬ кальной ориентированной фильтрации, функционирующего по изложенному выше правилу, была разработана мате¬ матическая модель такого вида цифро¬ вой обработки изображения [567]. Вычисление спектральных ха¬ рактеристик текстуры выполняется внутри перемещаемого по площади анализируемого изображения кругло¬ го окна. На площади этого окна про¬ изводится вычисление одномерных Рисунок 6.8 Расположение направлений вычисления ориентированных спектров в фильтрующем окне спектров вдоль восьми (с равномер¬ ным шагом в 22°30') различных на¬ правлений, проходящих через цент¬ ральную зону окна (рис. 6.8). Выпол¬ ненный локальный спектральный анализ позволяет охарактеризовать наблюдаемую текстуру как качест¬ венно, так и количественно. Расчет спектральных данных осуществляется по алгоритму быстрого преобразова¬ ния Фурье. Анализ формы каждого локально¬ го спектра позволяет определить час¬ тотный состав вдоль каждого выбран¬ ного направления и сделать вывод о наличии или отсутствии границы меж¬ ду областями изображения внутри ок¬ на. Когда степень изменения опреде¬ ленных параметров превышает задан¬ ную допустимую величину, принима¬ ется решение о нахождении границы области, покрытой определенной тек¬ стурой, поскольку локальные ориен¬ тированные спектры различных тек¬ стур имеют резко выраженные отли¬ чия (рис. 6.9). На изображениях белым квадратом обозначены области прове¬ дения локального спектрального ана¬ лиза. В качестве примера представле¬ ны только по два (из восьми) ориенти¬ рованных спектра. На рис. 6.10 представлен пример работы математической модели - ре¬ шение задачи поиска границ «дерева без листьев» - границы, которая мо¬ жет быть выявлена только методом анализа текстур или методом стати¬ стической обработки. Анализ наличия границы между текстурами выполняется путем со¬ вместного рассмотрения спектраль¬ ных линий всех восьми локальных 1 т 640 в ■
г) д) е) Рисунок 6.9 Пример вычисление локальных ориентированных спектров на реальном изображении: а, г- исходное изображение; б-е- ориентированные спектры вдоль направлений 45° и 135° Рисунок 6.10 Результат экспериментальной проверки разработанного алгоритма распознавания текстур ориентированных спектров. Это обес¬ печивает возможность локального спектрального анализа, инвариантного к угловому расположению текстуры. Экспериментальные исследования до¬ казали, что такой подход позволяет успешно выделять однородных объек¬ тов и эффективно определять грани¬ цы объектов, покрытых различными текстурами. Моделирование процессов обра¬ ботки в зрительном анализаторе жи¬ вых существ позволило разработать не только алгоритмы определения границы между областями изображе¬ ния, покрытыми различными тексту¬ рами, но и реализовать процедуры выделения контуров объектов, нахо¬ дящихся на поле наблюдаемого изо¬ бражения, и выявления наличия то¬
чечных объектов, протяженных объ¬ ектов прямолинейных контуров таких объектов [563, 75, 71, 66]. Зрительные системы высших животных имеют в своем составе механизмы, позволяю¬ щие выделять протяженные объекты (в частности, линии) на наблюдаемом изображении. Наличие таких меха¬ низмов подтверждается возможно¬ стью выделять на изображении ли¬ нии, элементы которых (точки) в слу¬ чае их дискретного расположения при эквивалентном контрасте не будут определяться. Выделение кромок и контуров представляет весьма важную задачу цифровой обработки изображений. Известны два основных подхода при выделении контуров: пространствен- но-частотная фильтрация и диффе¬ ренцирование в локальных окнах [354, 896]. Метод локальных произ¬ водных использует первые или вто¬ рые производные в локальном окне. Это позволяет выделить линии конту¬ ров вместо перепадов яркости. В большинстве случаев исполь¬ зуется модуль градиента или второй производной. Последующая порого¬ вая обработка позволяет получить би¬ нарное изображение [68], и прямые линии могут быть выделены, напри¬ мер, с помощью преобразования Ха- фа. Известные общие алгоритмы вы¬ деления контуров произвольной фор¬ мы не учитывают ориентацию линий, и не позволяют произвести их упоря¬ дочение по этому признаку, а также оценить координаты начала и конца каждой линии. Многие реальные изображения содержат прямолинейные кромки или перепады яркости. В основном это характерно для изображений искусст¬ венных объектов (здания, дороги), но прямолинейные кромки встречаются и на естественных сценах, например, линия горизонта на морской сцене. Новыми элементами предложен¬ ного алгоритма являются использова¬ ние положительной и отрицательной частей градиента вместо модуля, что позволяет различать положительные и отрицательные перепады яркостей, фильтрация линий для выделения наиболее значимых направлений, упорядочение существующих направ¬ лений линий в соответствии с сигна¬ лами фильтров, согласованных с каж¬ дым из направлений [47, 48]. Для оценивания координат начальных и конечных точек используется форми¬ рование профилей градиента в вы¬ бранном направлении, с последую¬ щей оценкой положения фронтов по¬ лученных импульсов. Предлагаемая структура обработ¬ ки изображения приведена на рис. 6.11. Оригинальное изображение X после регистрации подвергается диф¬ ференцированию в скользящем окне. Оператор дифференцирования пред¬ ставляет маску фильтра, который вы¬ числяет первую производную (гради¬ ент) и учитывает направление выде¬ ляемых линий. На этой стадии обра¬ ботки организуются каналы, согласо¬ ванные с рядом направлений. В простейшем случае это могут быть два канала: горизонтальный и верти¬ кальный. В каждом канале следует выделять положительную и отрица¬ тельную части градиента, что позво¬ ляет разделять кромки в зависимости
Рисунок 6.11 Цифровая обработка при выделении прямолинейных кромок на изображении от знака перепада яркости (положи¬ тельный перепад соответствует воз¬ растанию яркости). Результат дифференцирования Y дает линии в местах кромок. Эти линии различаются по интенсивности, которая связана с величиной градиен¬ та. Для упорядочения линий и выде¬ ления наиболее важных направлений производится фильтрация с помощью фильтров, настроенных на разные возможные направления линий. По¬ скольку представляют интерес наибо¬ лее интенсивные и наиболее длинные линии, то соответствующие направ¬ ления определяются и обрабатывают¬ ся в первую очередь. Линии для найденных наиболее значимых направлений упорядочива¬ ются по максимальным или по сред¬ ним величинам выходного сигнала соответствующего фильтра. На рис. 6.12 в верхнем ряду при¬ ведены оригинальное изображение, положительная часть оператора гра¬ диента для горизонтального направ¬ ления, и результат фильтрации гради¬ ентного изображения фильтром, со¬ гласованным с наиболее существен¬ ным направлением [323]. Для форми¬ рования градиента использовано ло¬ кальное окно размером 5x5. После определения наиболее значимых направлений для линий в каждом из них осуществляется выде¬ ление соответствующего профиля градиента Z. Этот профиль формиру¬ ется как одномерный сигнал вдоль прямой линии в данном направлении (рис. 6.13). Задача оценивания координат начальной и конечной точек линии сводится, таким образом, к задаче оценивания моментов появления и окончания импульса, имеющего не¬ известную длительность. В этих це¬ лях используется пороговая обработ¬ ка, которая может включать адапта¬ цию к неизвестным параметрам им¬ пульса [68]. Результаты оценивания коорди¬ нат прямолинейных кромок представ¬ лены на рис. 6.12 в нижнем ряду: на¬ чальные и конечные точки помечены
Рисунок 6.12 Преобразования оригинального изображения и редукция его к совокупности прямых линий Рисунок 6.13 Профиль градиента в выбранном направлении белыми метками на градиентном изо¬ бражении, и на оригинальном изо¬ бражении. Последнее изображение в нижнем ряду представляет набор ли¬ ний в местах положительных кромок для выбранного наиболее значимого направления линий. Рассмотренная задача представ¬ ляет частный случай проблемы ре¬ дукции оригинального изображения к совокупности параметров для геомет¬ рических форм, содержащихся в нем. Прямая линия есть простейшая гео¬ метрическая форма, и ее параметрами 644
являются координаты начала и конца линии. Многие изображения содержат прямолинейные кромки, которые яв¬ ляются важными признаками при распознавании и идентификации объ¬ ектов на изображениях. В данном случае оригинальное изображение редуцируется к списку отрезков прямых линий, упорядочен¬ ных в соответствии с их наиболее значимыми направлениями. Решение задачи выделения пря¬ молинейных кромок и оценивания координат их начальных и конечных точек включает дифференцирование в локальном окне, позволяющее полу¬ чить прямые линии вместо кромок. Новыми элементами предложенного алгоритма являются формирование положительной и отрицательной час¬ тей градиента вместо модуля для раз¬ личения возрастающих и убывающих перепадов яркости. Кроме того, ис¬ пользование направленных свойств оператора градиента помогает вы¬ брать и упорядочить линии в соответ¬ ствии со знаком перепада яркости на кромке, а также в соответствии с наи¬ более значимыми направлениями ли¬ ний на изображении градиента. Для этого использована фильтрация изо¬ бражения градиента пространствен¬ ными фильтрами, настроенными на различные направления линий [148— 150, 155, 156]. Оценивание координат начальных и конечных точек кромок производится после формирования профиля градиента в выбранном на¬ правлении. Полученный набор параметров для упорядоченных линий как резуль¬ тат редукции оригинального изобра¬ жения может использоваться для ко¬ дирования и хранения изображений, а также как набор первичных призна¬ ков для сравнения изображений, по¬ лученных от разных источников для одной и той же сцены [151-154]. Выполненный анализ принципов построения навигационных систем и систем стабилизации положения жи¬ вых организмов показал, что данные о положении и состоянии тела организ¬ ма, формируемые его вестибулярным аппаратом, дополняются данными, по¬ лучаемыми в результате обработки изображения, формируемого зритель¬ ным анализатором этого организма. Обработка наблюдаемого изображения в данном случае заключается в ком¬ плексном анализе положения верти¬ кальных и горизонтальных линий, со¬ вместно составляющих контуры и эле¬ менты попадающих в поле зрения объ¬ ектов, с последующей оценкой поло¬ жения тела относительно результатов этого анализа. Рассматриваются не конкретные линии, а общая картина, информационным аналогом которой может считаться двумерный спектр пространственных частот наблюдаемо¬ го сюжета. Обработка подобного типа осуществляется в правом полушарии головного мозга [638, 384, 778, 831]. Максимальную ширину двумерный спектр пространственных частот реального изо¬ бражения имеет в вертикальном и горизон¬ тальном направлении, а минимальную - в диагональных направлениях [552]. Такое свойство объясняется пре¬ обладанием вертикальных и горизон¬ тальных направлений в текстурах и
контурах реальных объектов. Эта особенность спектра и является физи¬ ческой основой для определения уг¬ лового положения БЛА, оснащенного бортовой аппаратурой анализа изо¬ бражений по предлагаемому принци¬ пу. Аппаратура анализа изображения вычисляет двумерный спектр наблю¬ даемого изображения и определяет величину отклонения направлений к вертикальному максимуму амплитуд¬ ного спектра от направления верти¬ кальной координатной оси в системе координат матричного фотоприемно¬ го устройства. Координатная система матричного фотоприемного устройст¬ ва жестко связана с координатной системой БЛА. Величина отклонения будет соответствовать углу крена, ес¬ ли оптическая ось оптикоэлектронной камеры ориентирована в направлении полета, или углу тангажа, если опти¬ ческая ось оптикоэлектронной каме¬ ры в горизонтальной плоскости ори¬ ентирована в направлении, перпенди¬ кулярном направлению полета. Предлагаемым методом решения задачи построения двумерного спек¬ тра наблюдаемого изображения явля¬ ется применение цифровой обработки изображений - двумерного преобра¬ зования Фурье. Обозначив квадрат¬ ный фрагмент (окно) исходного изо¬ бражения размером М строк по М элементов в строке через fix,у), пря¬ мое преобразование Фурье этого изо¬ бражения рассчитывается по формуле Затем по результатам расчетов по формуле (6.1) определяется ампли¬ тудный спектр: Центральная квадратная часть вычисленного амплитудного спектра (6.2) представляет собой двумерное квадратное изображение размером К строк (К < М) по К элементов в стро¬ ке. На этом изображении определя¬ ется направление к вертикальному максимуму амплитудного спектра (рис. 6.14). Вычисленное значение отклонения будет соответствовать уг¬ лу отклонения от направления коор¬ динатной оси OY в системе координат Рисунок 6.14 Исходное изображение (а) и его амплитудный спектр (б)
матричного фотоприемного устройст¬ ва. Вычислению значений угла откло¬ нения предшествует предварительная обработка исходного наблюдаемого изображения, улучшающая его визу¬ альное качество. В отличие от большинства опти¬ коэлектронных систем определения углов эволюций БЛА, на качество работы которых оказывает значи¬ тельное влияние шумовая помеха, препятствующая точно выделять контура элементов изображения, предлагаемый метод подвержен влиянию шума в значительно меньше степени, поскольку наличие посто¬ янного шума лишь «размывает» ам¬ плитудный спектр, не изменяя поло¬ жения его максимумов в вертикаль¬ ном и горизонтальном направлениях (рис. 6.15). Предложенный метод определе¬ ния углов эволюций БЛА позволяет снизить влияние наличия крена ЛА на результаты определения угла тангажа (и наоборот), поскольку параллельное перемещение одной и той же группы объектов по полю изображения ока¬ зывает влияние главным образом на фазовый, а не на амплитудный спектр. Это свойство излагаемого ал¬ горитма также подтверждено экспе¬ риментально. Исследования параметров рабо¬ ты метода и алгоритма определения углов эволюций БЛА выполнено на базе созданной математической моде¬ ли его работы. В качестве исходных изображений применялись реальные снимки, полученные с помощью бор¬ товых оптикоэлектронных (телевизи¬ онных и тепловизионных) устройств, размещенных на реальных БЛА. Про¬ водились экспериментальные иссле¬ дования возможностей алгоритма по определению углового положения БЛА, выполняющего полет в город¬ ских условиях в ясную погоду и в ту¬ мане, над морем и в горах, днем и но¬ чью. На поле изображения программ¬ ными средствами создавалось стили¬ зованное изображение индикатора авиагоризонта, отображающего вели¬ чину угла крена БЛА. Рисунок 6.15 Пояснение влияния степени зашумленно¬ сти изображения на вид его двумерного амплитудного спектра: а - зашумленное исходное изображение; б - двумерный ам¬ плитудный спектр зашумленного исходно¬ го изображения
Рисунок 6.16 Примеры определения углов крена БЛА: а, б- полеты в горах; в, г- полеты над морем; д, е - полеты над городом в ясную погоду; ж,з- полеты над городом в тумане На рис. 6.16 представлены ре¬ зультаты моделирования работы ком¬ пьютерной модели бортового оптико¬ электронного измерителя углов эво¬ люций БЛА. Алгоритм спектрального опреде¬ ления углов отклонения от вертикали реализован в виде комплекса рабочих программ [44, 42, 41, 43], примеры работы которых представлены выше в этой главе. Метод обработки изображения, построен¬ ной на основе анализа пространственного
спектра наблюдаемого изображения, явля¬ ется моделью процесса стабилизации про¬ странственного положения живого орга¬ низма, основанного на анализе содержания наблюдаемого изображения. Разработан¬ ный метод определения угла отклонения от вертикали позволил создать алгоритм про¬ странственной стабилизации наблюдаемого изображения при изменении положения камеры, ведущей съемку. Конечной целью работы борто¬ вой оптикоэлектронной системы яв¬ ляется обнаружение и взятие на авто¬ матическое сопровождение некоторой области наблюдаемого сюжета. В этой области, по мнению входящего в расчет экипажа БЛА оператора- дешифровщика, управляющего всем поведением БЛА, находится интере¬ сующий оператора объект или неко¬ торая область, содержащая иную ин¬ тересующую информацию (например, область лесного пожара, разлива неф¬ тепродуктов и т.п.), выявленные ранее на полученных аэрофотоснимкам и спутниковом фотоснимках. При «руч¬ ном» задании области текущего изо¬ бражения, фрагмент которого содер¬ жит интересующий объект, оператор- дешифровщик выделяет фрагмент те¬ кущего изображения, который далее играет роль эталонного изображения для корреляционно-экстремальной обработки наблюдаемого текущего изображения. Удержание ориентации сопро¬ вождаемой области в центре изобра¬ жения осуществляется путем компен¬ сации поворота этой области наблю¬ даемого текущего изображения во¬ круг направления оптической оси оп¬ тикоэлектронной камеры, ведущей съемку. При оптикоэлектронной съемке измерение поворота наблюдаемого изображения от кадра к кадру мо¬ жет быть выполнено несколькими способами: ■ Выделение (выполняемое, как правило, амплитудным методом) на z-м кадре текущего изображе¬ ния некоторых опорных точек и запоминание их положения в плоскости изображения; анализ положения тех же опорных точек в (/+1)-м кадре текущего изо¬ бражения и принятие решения о величине поворота изображения (z+l)-ro кадра вокруг направле¬ ния оптической оси оптикоэлект¬ ронной камеры, ведущей съемку; ■ Расчет и запоминание вида двухмерного спектра простран¬ ственных частот /-го кадра на¬ блюдаемого текущего изображе¬ ния; расчет двухмерного спектра пространственных частот (/+1)-го кадра этого изображения и опре¬ деление величины поворота спектра (/+1)-го кадра текущего изображения относительно по¬ ложения спектра /-го кадра этого изображения. Сопоставляя представленные ме¬ тоды, можно сделать следующие вы¬ воды: 1. Метод измерения поворота изображения, основанный на сопос¬ тавлении положения опорных точек в последовательных кадрах текущего изображения, позволяет осуществлять расчеты при относительно небольших вычислительных потребностях. Одна-
ко точность определения величины поворота (z+l)-ro кадра относительно z-го сильно зависит от условий съем¬ ки, величины сдвига (z+l)-ro кадра относительно z-го и степени зашум¬ ленности наблюдаемого текущего изображения: изменение условий съемки влияет на величину порога обнаружения опорных точек, сдвиг в плоскости экрана требует дополни¬ тельных вычислительных процедур для уменьшения влияния этого сдви¬ га, а наличие шума приводит к дело¬ кализации опорных точек и, как след¬ ствие, к потере точности; 2. Анализ двухмерных ампли¬ тудных спектров пространственных частот двух последовательных кадров позволяет осуществить измерение уг¬ ла поворота (z+l)-ro кадра текущего изображения относительно z-ro кадра заметно точнее, поскольку наличие постоянного шума практически не меняет вида спектров, смещение изо¬ бражения, которое может иметь мести от кадра к кадру, на вид амплитудно¬ го спектра не сказывается практиче¬ ски никак, а изменение условий съем¬ ки может только несколько изменить амплитуды отсчетов спектра, что также не существенно. Таким образом, для измерения угла поворота изображения в после¬ довательности кадров наблюдаемого текущего изображения следует анали¬ зировать изменения ориентации двухмерного амплитудного спектра пространственных частот каждого кадра этого изображения, хотя такая процедура требует больших по срав¬ нению с предыдущим рассмотренным способом вычислительных затрат. Рисунок 6.17 Изображение сопровождаемого объекта Пример работы бортовой систе¬ мы электронной стабилизации фраг¬ мента наблюдаемого изображения приведен на рис. 6.17. Одним из важнейших этапов по¬ лета любого БЛА является его посад¬ ка в заданном районе или попадание в намеченную для поражения цель. Биокибернетический подход к по¬ строению элементов аппаратуры управления БЛА позволил решить ряд задач, связанных с автоматизацией процесса посадки БЛА с вертикаль¬ ным взлетом и посадкой (вертолет, квадрокоптер, конвертоплан). Реализация предложенного и ис¬ пытанного биокибернетического под¬ хода возможна по схеме взаимодейст¬ вия правого и левого каналов, постро¬ енной на основе анализа разработан¬ ных, испытанных и перечисленных выше процедур обработки изображе¬ ний, и представленной на рис. 6.17 [466, 562]. Современная элементная база обеспечивает возможность построения бортовой аппаратуры летательных ап¬ паратов, предназначенной для анализа изображений на основе предложенно¬ го биокибернетического подхода.
Рисунок 6.18 Схема бортовой аппаратуры анализа изображений Многопозиционные системы САМОНАВЕДЕНИЯ ВТО В последнее время огромное внимание уделяется оценке перспек¬ тив и разработке многопозиционных РУК и систем самонаведения [305, 611, 428, 378, 599, 819, 429, 364]. Многопозиционная система - инфор¬ мационная система, в которой ис¬ пользуется совокупность разнесенных в пространстве устройств излучения, приема и обработки информации, причем получаемая с различных уст¬ ройств информация о целях обраба¬ тывается совместно с учетом взаим¬ ного расположения устройств излуче¬ ния и приема. Многопозиционность сегодня рассматривается как ради¬ кальный способ обеспечения помехо¬ защищенности, поскольку информа¬ ционная платформа функционирует скрытно, даже когда организуются активные технологии наблюдения за зоной боевых действий, поскольку все передающие и излучающие средства могут быть вынесены за границы ин¬ формационной платформы [428, 429]. В многопозиционных радиоло¬ кационных системах в принципе не¬ возможно появление целей-арте¬ фактов и акторов, если их обнаруже¬ ние и сопровождение организовано только по координатным характери¬ стикам.
В многопозиционных РУК и сис¬ темах самонаведения более эффек¬ тивно используется информация, со¬ держащаяся в пространственной структуре электромагнитного (опти¬ ческого) поля, что позволяет сущест¬ венно повысить информативность и помехозащищенность радиолокаци¬ онных средств. Многопозиционная система предполагает оптимальное расположение на местности и в про¬ странстве источников информации, средств связи, пунктов сбора, обра¬ ботки информации и управления, на¬ дежную конфигурацию сети передачи информации. Информационная многопозици¬ онная платформа РУК обычно имеет сложную иерархическую структуру. Входящие в ее состав источники ин¬ формации могут быть подвижными и неподвижными, их зоны наблюдения могут перекрываться в пространстве и времени. Все это призвано обеспечить информационное превосходство на основе сбора всеобъемлющей и дос¬ товерной информации. Поток объек¬ тов может проходить через зоны на¬ блюдения разных источников как на одних и тех же, так и на разных теку¬ щих интервалах времени. Объекты могут распределяться в зонах наблю¬ дения источников неравномерно или образовывать группы. Расстояния между группами и объектами в груп¬ пах могут быть соизмеримы с ошиб¬ ками первичных измерений и экстра¬ поляции параметров их движения. В свою очередь, многопозиционная платформа системы самонаведения может формироваться только для групповых ВТО. По этой причине, преимущества многопозиционных систем самонаведения есть по суще¬ ству преимущества группового ВТО перед одиночным. Использование многопозицион¬ ных РУК и систем самонаведения дает возможность получения новых качест¬ венных признаков ВТО, не реализуе¬ мых одиночными комплексами: ■ Возможность управления такти¬ ческими показателями ВТО за счет управления конфигураци¬ онной структурой физической платформы. ■ Расширение боевых возможно¬ стей ВТО за счет увеличения возможностей при групповом взаимодействии. ■ Возможность органичного встраивания в перспективные высокоинформативные сетецент¬ рические комплексы ВТО. ■ Универсальность, обусловлен¬ ную возможностью использова¬ ния разнородных (гетерогенных) систем и платформ. ■ Возможность динамичного ма¬ неврирования ресурсами сиг¬ нальных, информативных и ин¬ формационных полей (достиже¬ ние быстрой глобальной мобиль¬ ности). ■ • Возможность совершенствова¬ ния (модернизации) комплексов ВТО за счет наращивания алго¬ ритмического и программного обеспечения. По совокупности эти свойства улучшают практически все системные показатели комплекса ВТО: живу¬ честь, боевую эффективность, надеж¬ ность, информативность. I ■ 652 ШввШШШШЯЯШШШШШ
Управление «поведением» мно¬ гопозиционного РУК или многопози¬ ционной системы самонаведения по сути представляет собой адаптивное управление всеми подсистемами при достаточно сложном уровне адапта¬ ции. Она включает алгоритмическую и параметрическую адаптации с той лишь принципиальной разницей, что объектом управления является сама система самонаведения или сам РУК. Алгоритм управления состоит из следующей последовательности этапов: Этап 1. Получение информации от отдельных систем (агентов) об из¬ менении условий функционирования в объеме, необходимом для проведе¬ ния анализа и принятия обоснованно¬ го решения на управление. Этап 2. Выборка оптимальной стратегии поведения группового ВТО и конкретных действий по ее алго¬ ритмической и параметрической адаптации к сложившейся в данный момент тактической обстановке и формирование управляющих воздей¬ ствий для реализации выбранной стратегии функционирования много¬ позиционной системой. Этап 3. Обработка и анализ по¬ лученной информации для идентифи¬ кации конкретно - сложившейся воз- душно-помеховой обстановки и опре¬ деление требуемой структуры много¬ позиционной системы. Этап 4. Формирование и выдача данных для принятия решения на управление структурой (конфигура¬ цией и состоянием) комплекса ВТО. Этап 5. Реализация выбранной стратегии поведения, а именно, целе¬ направленное изменение структуры и состояния многопозиционной систе¬ мы. Этап 6. Оценка эффективности принятой стратегии поведения мно¬ гопозиционной системы и ее коррек¬ ция на основе вновь поступившей информации. Таким образом, математической основой управления функционированием много¬ позиционного комплекса ВТО должны быть методы адаптивных систем, теории стохастического управления, теории сис¬ тем со случайной (переменной) структу¬ рой, методы теории игр и нейронных се¬ тей, методы, обеспечивающие автомати¬ ческую адаптацию структуры измери¬ тельных подсистем комплекса, которые должны относиться к классу адаптивных методов и обеспечивать различные виды и уровни ее адаптации к изменяющимся внешним и внутренним условиям функ¬ ционирования. Литература по многопозицион¬ ным информационным системам очень обширна. По существу создана законченная теория, например, мно¬ гопозиционных радиолокационных систем, которая, правда, практически не адаптирована под тактику приме¬ нения ВТО, особенно при осуществ¬ лении избирательного поражения. Здесь рассматривается лишь одна ча¬ стная задача высокоточного наведе¬ ния, связанная с реализацией возмож¬ ности повышения точности определе¬ ния координатных характеристик средства поражения на основе орга¬ низации многопозиционного наблю¬ дения [61, 45, 46, 64, 62].
ЦЫ J = vm Обработка координатной информации при многопозиционном наблюдении Пусть такая многопозиционная система содержит N активных оптикоэлектронных систем, каждая из которых принимает все отраженные от К целей сигналы. Совокупность действительных (истинных) сигналов, принятых /-и системами, излученных j-и станциями и отраженных от к-х целей, можно представить в виде трехмерной пространственной матри- с KN2 элементами, i,j = l,N, к = \,К , изображенной на рис. 6.19. Такое представление процессов сигнальной обработки позво¬ лит объединить в одно целое процессы излучения, прие¬ ма и обработки сигналов при многопозиционном наблю¬ дении для измерения координатных характеристик целей и их отождествления. Действительно, соответствующие сечения про¬ странственной матрицы у характеризуют полное мно¬ жество зондирующих сигналов (сечения j-й ориентации по KN элементов в каждом), множество эхосигналов (се¬ чения i-и ориентации по KN элементов в каждом) и рас¬ пределение принятых сигналов по целям (сечения к-й ориентации по N2 элементов в каждом); главное диаго¬ нальное сечение матрицы, содержащее KN элементов, образовано сигналами автономных независимо функ¬ ционирующих агентов многопозиционной системы. При определении координат и параметров движения целей с требуемой точностью принятые оптические сигналы подвергаются обработке, в процессе которой с помощью известных устройств и способов производится измерение полной или неполной совокупно¬ сти параметров сигналов (времени и направления прихода, доплеровской частоты, фазы и др.) и преобразование результатов измерений в оценки координат целей и их производных. При этом пространственная матрица сигналов у преобразуется в пространственную матрицу результатов измерений Y, содержащую в качестве подматриц пространственные и Рисунок 6.19 Пространственная матрица об¬ работки сигналов при многопо¬ зиционном наблюдении где 0 - нулевая матрица. угловых / = ||/|/*|| измерений (/,y=l,7V, к = \,К), а также измерений других параметров, которые в меньшей степени влияют на определение координат целей и их производных, т.е. yoY, где Y = ||lFOfI - блочная матрица результатов измерений. Блочная матрица ||7!РФ/1 полностью представляется тремя матричными тождествами:
Тождества (6.3) указывают на возможность как раздельной, так и совместной обра¬ ботки независимо от получаемой измерительной информации различных видов в многопо¬ зиционной системе в целях определения траекторных параметров объектов (целей или ра¬ кеты): где Хк ==||гш|| — — ~ - вектор оценок траекторных параметров объектов в выбранной системе координат; в зависимости от сущности решаемой задачи его компонентами могут быть дальность Rib азимут /?,*, угол места eib высота Hik, курсовой параметр Pik, радиальная Rik и линейная Vik скорость, ускорение, другие траекторные параметры k-го объекта отно¬ сительно z-й позиции или начала координат, т.е. хш = , pik, eik, Hik, Pik, RikVik,..]ь=^, причем у/ - неизвестный оператор преобразования, а 2,3,4 - число сочетаний из четырех видов принятой информации (T,F,0,у) по 1, 2, 3 и 4 используемым. Отметим здесь же, что главные диагональные сечения матриц y,Y,T,F,<b, у - diag у , diag Y , diag T , diag F , diag Ф , diag у - соответствуют случаю независимой (ав¬ тономной) работы агентов многопозиционной системы, а совокупность недиагональных (у - diag у), (Y - diag Y), (Т - diag f), (F - diag F), (Ф - diag Ф), (y- diag у) и диаго¬ нальных элементов - случаю совместной (кооперативной) работы. то, очевидно, рассматриваемая многопозиционная система является обобщением случая не¬ зависимой работы однопозиционных станций и обладает по сравнению с ним существенной структурной, энергетической и информационной избыточностью. Наличие избыточности позволяет повысить помехозащищенность, устойчивость и точность обработки информа¬ ции. Наличие информационной избыточности позволяет реализовать управление структу¬ рой, алгоритмами обработки информации и режимами работы как отдельных агентов, так и системы в целом на основе оценки их текущих информационных возможностей для дости¬ жения заданных показателей качества системы. Дальнейшую постановку вытекающих отсюда задач и выбор критериев качества их решения осуществим исходя из общих положений теории статистических решений, вклю¬ чая теорию оценивания неизвестных параметров и теорию проверки гипотез. При этом в качестве исходных данных примем следующие: В многопозиционной системе сформирована на центральном пункте обработки или на автономных позициях смешанная пространственная матрица (N векторов) первичных измере¬ ний параметров обнаруженных сигналов на выходе приемных устройств агентов системы в текущие моменты времени или усредненных на интервале наблюдения О, Г Цг: F: Ф: у||. Из¬ мерение соответствующих информативных параметров производится с корреляционными матрицами ошибок , Кр , , К~, образующих блочную пространственную корреляци¬ онную матрицу К = ||Л^ \Кр :£ф :ЛТ~||, корреляционные матрицы ошибок измерений первич¬ ных параметров могут быть известны или неизвестны. Состав (состояние) матрицы первич¬ ных измерений определяется типом агента и условиями, сопутствующими боевому функцио- I ш ess wm
нированию. Так, в условиях активного помехового противодействия информационным сред¬ ствам многопозиционной системы некоторые виды первичной информации (например, даль- номерная - f , доплеровская - F) могут полностью или частично отсутствовать. Распределение первичных измерений по объектам-целям внутри векторов (матрицы) не известно, что приводит к необходимости разделения единого процесса совместной обра¬ ботки информации в многопозиционной системе на этапы отождествления (проверки гипо¬ тез о принадлежности измерений к одним и тем же или разным целям) и собственно опре¬ деления (оценивания) траекторных параметров объектов по отождествленным данным. К качеству получаемых оценок параметров объектов предъявляются традиционные требова¬ ния оптимальности (несмещенности, эффективности, состоятельности, устойчивости. При этом полагается, что вероятность ложных решений F на этапе отождествления информации не должна превышать допустимого значения Fw. В зависимости от решаемой оптикоэлектронной системой задачи оцениванию могут подлежать не все Z, а лишь часть I <L неизвестных параметров объектов (например, толь¬ ко дальность, угловые координаты, скорость, другие характеристики положения и движе¬ ния объектов или их сочетания). В условиях априорной неопределенности относительно первичной оптической информации это приводит к необходимости сепарации неизвестных параметров с использованием методов максимального правдоподобия или наименьших квадратов. При таких исходных данных проблему обработки информации в многопозиционной системе можно поставить следующим образом: найти операторы преобразования \у/\,у/2}^у/ такие, что доставляемые ими оценки координатных характеристик объектов Хк, полученные в результате обработки пространственной матрицы неоднородных изме¬ рений ||г: F: Ф: f|| произвольно меняющегося состава, являются наилучшими (несмещен¬ ными, эффективными и состоятельными) при гарантированных (требуемых) значениях точ¬ ности (дисперсии) и вероятности ложных решений, т.е. найти (6.5) (6.6) при условии где у/х,у/2 - операторы отождествления информации и оценивания координатных характе¬ ристик, выделенных к-х объектов соответственно; Хк - \хш || = {Rik, Pik, eik, Hik, Pik, Rik ,F^} - вектор оценок / = 1, L координатных характеристик объектов в выбранной системе коорди-
нат; M(Xk),D(Xk) = diagK(Xk), K(Xk) - математическое ожидание, дисперсия и корре¬ ляционная матрица вектора оценок координатных характеристик к-го объекта. Другими словами, принципы и методы совместной обработки информации, свойст¬ венные однопозиционным системам, могут быть обобщены на случай многопозиционных систем и, наоборот, принципы и методы обработки, присущие многопозиционным систе¬ мам, могут распространяться на однопозиционные системы как частный случай многопози¬ ционных. Временная синхронизация позиций многопозиционной системы необходима для орга¬ низации совместной обработки информации и управления обзором пространства, а также в ряде случаев для определения пространственных координат целей суммарно-дальномерным (эллиптическим) и разностно-дальномерным (гиперболическим) методами, обеспечиваю¬ щими высокие точностные характеристики. Кроме того, привязка полученной информации к единой шкале времени дает возможность сочетания корреляционного и хронометрическо¬ го методов измерения временных параметров сигналов, а также при межпозиционном ото¬ ждествлении измерений. Существующие способы повышения точности определения координатных характери¬ стик, основанные на увеличении энергетического потенциала РУК или системы самонаве¬ дения в ряде случаев проблематичны по конструктивным соображениям. Последовательное накопление данных о координатах целей для реализации процедур адаптивной фильтрации параметров траектории при реализации вторичной обработки информации имеет ряд недос¬ татков, а именно: требует значительного времени, кроме того, эти алгоритмы требуют ап¬ риорной информации о гипотезе движения цели, что накладывает ограничения на их при¬ менимость. Кооперативная обработка информации в многопозиционных системах является наиболее полной, что позволяет извлечь из обрабатываемых избыточных измерений наи¬ большую информацию. Оценим потенциальную точность измерения координатных характеристик в многопо¬ зиционной системе в зависимости от количества позиций и типа используемых дальномер- ных измерений. По сути, необходимо найти такую процедуру обработки координатной информации в системе N>2 агентов (рис. 6.20), которая при реализации кооперативной обработки позво¬ ляют повысить точность дальномерных измерений всех физически реализуемых независи¬ мых измерений наклонных дальностей, суммарных дальностей и разности расстояний. Рисунок 6.20 Геометрические соотношения при многопозиционном наблюдении
Представим совокупность всех физических реализуемых измерений в виде системы линейных уравнений (6.9) где Rl9R29...9RN - измеренные значения наклонных дальностей; - изме¬ ренные значения сумм расстояний. В случае, если сама цель является источником радиоизлучения возникает возмож¬ ность измерения дополнительной информации, а именно разности расстояний д 12 ’ Д21 > • • •»R&Nij ~ измеренные значения разностей расстояний и система уравнений (6.9) примет вид: (6.10) Оптимальную оценку параметров при кооперативной обработке можно получить из (6.5М6.8): (6.11) 658
Л = diag[1,1,1,...,#] - NxN диагональная матрица, учитывающая наличие или от¬ сутствие соответствующих измерений, если измерение Н используется то соответствую¬ щий элемент матрицы равен 1, если не используется, то - 0. Матрица Л для системы уравнений (6.9) и (6.10) примет следующий вид: матрица весовых коэффициентов, характеризующая точность соот¬ ветствующих измерений; - матрица постоянных коэффициентов; Дисперсия определения дальности равна при кооперативной обработке тогда опреде¬ ляется как Dk =diagUTA^)‘l<7o. (6.13) Рассмотрим характерные особенности сформированной системы уравнений: ■ каждое уравнение системы (6.9) содержит N2 уравнений относительно N неизвест¬ ных и (N - дальностей до объекта и N(N -1)) сумм расстояний), а при учете разно¬ сти расстояний (6.10) добавляется 0,5N(Nизмерений; ■ матрица коэффициентов А имеет большое число нулевых элементов, т.е. является разреженной, причем разреженность быстро возрастает с ростом числа позиций. В случае, когда все измерения равноточны, веса всех измерений равны 1, весовая мат¬ рица ошибок измерений есть единичная матрица WH = 1, и если к тому же в векторе Н присутствуют все измерения Л = 1, то
Подстановка измеренных значений дальностей их сумм и разности расстояний с уче¬ том (6.9), (6.10) и (6.12) в (6.11) позволяет получить выражения для наклонных дальностей до цели для многопозиционной системы активного: (6.16) (6.17) С учетом (6.12) и (6.15) получим выражения для дисперсий определения дальностей соответствующие (6.16) и (6.17): (6.18) (6.19) Аналогичный результат можно получить, применив к (6.16) и (6.17) теорему о линеа¬ ризации функции нескольких случайных аргументов. Для определения потенциальной точности оценивания дальности при кооперативной обработки информации по сути, необходимо определить коэффициент при дисперсии еди¬ ничного измерения, равный диагональному элементу матриц (6.18) и (6.19), но обобщив ре¬ зультат для случая N позиций. Рассмотрим произведение матриц вида ArNAN (применительно к (6.9)): и активно-пассивного типов:
(6.20) Для вычисления определителя А этой матрицы произведем вычитание из столбцов по¬ следнего столбца: (6.21) Алгебраическое дополнение элемента этого определителя ан определяется аналогич¬ но Дг- = (2N - 3)N~2 (4N - 5) , тогда дисперсия для определения дальности равна Выражение (6.22) можно трактовать как потенциальную точность определения даль¬ ности для многопозиционного наблюдения при кооперативной обработке как функции чис¬ ла агентов, входящих в систему. Рассмотрим алгебраическое дополнение A(J- для элемента а- определителя матрицы (6.22). Что бы вернуть в нем элементы (27V — 1) на диагональ матрицы требуется |z'-y'|-l перестановок столбцов. Так как один диагональный элемент равен 2, а число остальных (вида (2N -1)) равно (N - 2), то, исключая все значения 2, кроме диагональной, получим (6.23) Соответственно, обратная матрица равна
Произведение матриц ATNAN для системы (6.10) имеет вид: Структура матрицы (6.24) аналогична (6.21), но вместо цифры 2, стоит единица, а вместо (2N -\) стоит (3N-2). Следовательно, при вычислении определителя надо заме¬ нить (2N-3) = (2N-l)-2 на (3N-3) = (3N-2)-\ и 4N-3 = (2N-l) + 2(N-l) на (3N - 2) +1 (N -1) = 4N - 3 , т.е. имеем А = \ата\ =Ш-З)"'1 (4N-3) = 3W4{N-1)"'1 (4N-3). Точно так же алгебраические дополнения равны А„ =(3N-3)N 2((4Л/- — 3) — l) = , следовательно, имеем позволяет получить выражения для дисперсии определения дальности при кооперативной обработке в дальномерно-суммарно-разностно-дальномерной системе (6.25) Выражения (6.22) и (6.25) можно считать потенциальной точностью определения дальности в зависимости от количества позиций и вида дальномерных измерений многопо¬ зиционной системе, реализующей кооперативную обработку измерительной информации. На рис. 6.21,а и б приведены графики изменения СКО ошибки определения дальности в зависимости от количества измерений, цифрами обозначено 1 - равноточные измерения при методе наименьших квадратов, 2 - при кооперативной обработки, 3 - для алгоритма а, р- фильтрации. Рассмотрим вариант получения оптимальных оценок прямоугольных координат цели по критерию минимума среднего квадрата ошибок применительно к многопозиционной Соответственно, обратная матрица
(6.26) Тогда оценка по методу наименьших квадратов (стс)R = CTB примет окончатель¬ ный вид Я = (стс) СТВ, дисперсия ошибки определения координат определяется выра¬ жением D(R) = (стс) CD(B). Определим координаты X,Y и Н дальномерным способом при одинаковом значении баз L]=L2=L 663 Рисунок 6.21 Графики значений среднеквадратических ошибок определения дальности при различных способах обработки измерений: а - при наличии дальномерно-суммарно-дальномерных из¬ мерений; б - при наличии дальномерно-суммарно-разностно-дальномерных измерений системе дальномерного типа (рис. 6.19). Для нахождения оптимальных оценок прямоуголь¬ ных координат составим систему уравнений в виде причем Xmc, Ymc - точки стояния агентов на плоскости. Представим зависимости (6.26) с учетом R2 = X2 + Y2 + Я2 как
Дифференцированием по времени полученных выражений для прямоугольных коор¬ динат цели получим зависимости для проекций вектора скорости на оси декартовой систе¬ мы координат На рис. 6.22 приведены среднеквадратические ошибки определения прямоугольных координат, полученные при следующих условиях: база между агентами Lu=Ll3=L23=50 км, горизонтальная дальность относительно первой позиции 400 км, высота цели 15 км, СКО измерения дальности, сумм и разностей расстояний 50 м. Цифрами на рисунках обозначено: 1 - СКО измерения прямоугольных координат без кооперативной обработки, 2 - СКО из¬ мерения прямоугольных координат при использовании дальномерно-суммарно-дально- мерных измерений, 3 - СКО измерения прямоугольных координат при использовании при наличии дальномерно-суммарно-разностно-дальномерных измерений. Из этих рисунков и полученных результатов следует, что среднеквадратическая ошибка измерения прямоугольных координат уменьшается в 1,9-2,6 раза в зависимости от типа измерений. Здесь также не требуется значительного времени для накопления данных, а задача повышения точности решается за один цикл проведения измерений. Важно также отметить, что в полученных выражениях отсутствуют ограничения на гипотезу движения цели, что позволяет получить выражения для прямоугольных координат и скоростей их из¬ менения по расчетным значениям дальностей и радиальных скоростей, что позволяет ус¬ пешно сопровождать высокоманевренные скоростные цели. Рисунок 6.22 Графическое представление среднеквадратических ошибок измерения прямоугольных координат: а - СКО координаты X; б - СКО координаты Y
ЛИТЕРАТУРА 1. Абрамов А.И., Гуменюк Г. АЕвдокимов В.И., Зборовский А.А. Опыт оснащения бронетехники аппаратурой регистрации лазерного излучения // Изв. РАРАН. 2015. №2. 2. Авдюшин А. С., Ашихмин А.В., Зеленин И.А., Пастернак Ю.Г., Федоров С.М. Ис¬ кусственный диэлектрик с синтезируемой поверхностью отражения электромаг¬ нитных волн СВЧ-диапазона // Радиотехника. 2014. № 6. 3. Авласенок А.В. Цифровая обработка малоконтрастных изображений воздушных целей в пассивных оптикоэлектронных системах войсковых ЗРК. Основные про¬ блемы и возможные пути их решения / В кн. «Радиолокационные системы специ¬ ального и гражданского назначения» / под ред. Ю.И. Белого. М.: Радиотехника. 2011. 4. Авласенок А.В., Алексеев Е.Г., .Литвинов С.П. Облик многоспектрального автома¬ та сопровождения целей в системах высокоточного оружия // Труды 5-ой Всеросс. научно-практич. конф. «Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем». Ульяновск, 2007. 5. Агеев П.А. Наркевич АЛ., Зайцев М.Ю. Повышение информационной обеспечен¬ ности боевых средств ЗРК серии БУК // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. №4. 6. Азов В. О реализации в США концепции ведения военных действий в едином ин¬ формационном пространстве // Зарубежное военное обозрение. 2004. № 6. 7. Айфичер Э.С., Джервис Б. У. Цифровая обработка сигналов: практический подход. М.: Изд. дом «Вильямс». 2004. 8. Акопян И.Г., Вексин С.И., Медведев Г.П., Сухов А.М. Особенности построения и развития техники радиолокационных головок самонаведения в системах ракетно¬ го вооружения ВВС и ЗРК // Радиотехника. 2005. № 2. 9. Акопян КГ, Евсеев Д.Д., Лагуткин А.Н., Марченко С.М. Актуальность полуна- турного моделирования процесса наведения ракет классов «поверхность-воздух» и «воздух-воздух» // Фазотрон. 2014. № 2. 10. Алашеев М.А., Вакуленко А.А., Лясковский В.Л., Неплюев О.Н., Пильщиков Д.Е., Тикменов В.Н. Методика выбора состава задач и комплексов средств автоматиза¬ ции для многоуровневой системы управления РЭС // Радиотехника. 2004. № 5. И. Александров В.В., Кулешов С.В. Этерификация и терминальные программы // Ин¬ формационно-измерительные и управляющие системы. 2008. № 10. 12. Александров В.В., Кулешов С.В., Цветков О.В. Цифровая технология инфокомму- никации. Передача, хранение и семантический анализ текста, звука, видео. СПб: Наука. 2008. 13. Александров В.В., Кулешов С.В., Чунтул А.В. Искусственный интеллект и сете¬ центрические системы управления летательными аппаратами // Девятый форум российского вертолетного общества. М.: МАИ. 2010. 14. Александров В., Рахманов А. ВТО: роль и место в вооруженных конфликтах. Ос¬ новные тенденции развития // Военный парад. 2003. № 1.
15. Александров П. С. Лекции по аналитической геометрии. М.: Наука. 1968. 16. Алексеев А.Г., Штагер Е.А., Козырев С.В. Физические основы технологии Stealth. СПб: ВВМ. 2007. 17. Алешкин Б.С., Афонин А.А., Веремеенко КК. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии. М.: Физматлит. 2006. 18. Алпатов Б.А., Бабаян П.В., Балашов О.В., Степашкин А.Н. Системы автоматиче¬ ского обнаружения и сопровождения объектов. Обработка изображений и управ¬ ление. М.: Радиотехника. 2008. 19. Ананенков А.Е., Исаков М.В., Скосырев В.Н., Смоляков А.А., Усачев В.А. Перспективная двухдиапазонная корабельная РЛС // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 1. 20. Ангельский Р. Д. Отечественные противотанковые комплексы: справочник. М.: ООО «Издательский дом Астрель». 2002. 21. Андреев В.Г. Построение векторных параметрических моделей многомерных ра¬ диотехнических сигналов // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 10. 22. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Корректируемые системы. М.: Наука. 1967. 23. Андронова И.А., Малыкин Г.Б. Физические проблемы волоконной гироскопии на эффекте Саньяка // Успехи физических наук. 2002. № 8. 24. Андросов В.А., Антонов ИК. Архитектура радиоэлектронного комплекса // Радио¬ техника. 2001. № 8. 25. Андросов В.А., Антонов ИК. Метод описания архитектуры радиоэлектронного комплекса как иерархической системы // Радиотехника. 2002. № 5. 26. Аникин A.JI. Модифицированный метод решения задач дискретного оптимального управления наблюдением // Информационно-измерительные и управляющие сис¬ темы. 2004. № 5. 27. Анисимов В.Г., Анисимов Е.Г., Черныш А.Я., Чечеватов А.В. Оптимизационные модели и методы в управлении инновационными процессами. М. 2006. 28. Анисимов В.Г., Ведерников Ю.В., Гарькушев А.Ю., Сазыкин А.М. Научно- методическое сопровождение интеграции высокотехнологичных инноваций в процессы разработки высокоточного оружия // Вопросы оборонной техники. Сер. 16. 2014. № 3—4. 29. Анненков В.И., Баранов С.Н., Моисеев В.Ф., Хархалуп С.С. Сетецентризм: геопо¬ литические и военно-политические аспекты современности. М.: РУСАВИА. 2013. 30. Антипов В.Н., Меркулов B.C., Самарин О.Ф., Чернов B.C. Основные направления развития авиационных бортовых РЛС // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 10. 31. Антонова М.В., Матвеев В.А. Модель погрешности волоконно-оптического гиро¬ скопа при воздействии тепловых и магнитных полей // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 3. 32. Ануфриев О.Н., Герасимов А.А., Меркулов В.И., Самарин О.Ф., Чернов B.C. Удар¬ ные беспилотные летательные аппараты и их радиолокационные системы // Успе¬ хи современной радиоэлектроники. 2007. № 7. 33. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб: ЦНИИ «Электроприбор». 2003. 34. Анцев Г.В. Акционерное общество открытого типа «Научно-производственное предприятие «Радар ммс». СПб: «Золотые страницы Санкт-Петербурга». 2000.
35. Анцев Г.В. История отечественной радиолокации. М.: Столичная энциклопедия. 2015. 36. Анцев Г.В. Организационные принципы создания комплексов ВТО в ОАО «НПП «Радар ммс» // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2015. №2(87). 37. Анцев Г.В. «Радар ммс»: «на стыке» морской и воздушной стихий // Арсенал. Во¬ енно-промышленное обозрение. 2007. № 1. 38. Анцев Г.В. Создание транспортной радиоэлектроники в условиях кардинального реформирования оборонных радиоэлектронных предприятий // Проблемы транс¬ порта. 2000. № 3. 39. Анцев Г.В. Стратегия развития предприятия в условиях инновационной экономи¬ ки // Научно-технический сборник «Радиопромышленность». 2012. Вып. 4. 40. Анцев Г.В. Цель - прогресс и процветание. СПб.: Скифия. 2010. 41. Анцев Г.В., Анцев И Г., Барабанов А.Д., Макаренко А. А., Турнецкий J1.C. Програм¬ ма определения высоты полета летательного аппарата вблизи Земли путем обра¬ ботки изображения бортовой оптоэлектронной системы. Свидетельство о гос. ре¬ гистрации программы для ЭВМ №2012618021 // РОСПАТЕНТ. 6 сентября 2012 г. 42. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Барабанов АД., Макаренко А.А., Турнецкий JI.C. Програм¬ ма оценки угла крена летательного аппарата. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012618019 // РОСПАТЕНТ. 6 сентября 2012 г. 43. Анцев Г.В., Анцев И .Г., Барабанов АД., Макаренко А. А., Турнецкий Л.С. Програм¬ ма оценки угла тангажа летательного аппарата. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012618022 // РОСПАТЕНТ. 6 сентября 2012. 44. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Барабанов АД., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Програм¬ ма электронной стабилизации оптоэлектронного изображения. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012618015 // РОСПАТЕНТ. 6 сентября 2012 г. 45. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Борисов ЕГ., Турнецкий Л.С., Бачевский С.В., Владыко А.Г. Структурно-перестраиваемая следящая система. Патент на полезную модель № 129265 МПК G01S13/66. Опубл. 20.06.2013 бюл. № 3. 46. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Борисов Е.Г., Турнецкий Л.С., Блудов А.А. Устройство на¬ ведения летательного аппарата на наземные объекты. Патент на полезную модель РФ № 116214 МПК F41G7/22. опубл. 2011 47. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Турнецкий Л.С., Волков В.Ю., Бойкова Е.Б. Программа вы¬ деления прямолинейных кромок на изображениях. Свидетельство о гос. регистра¬ ции программы для ЭВМ № 2012616188. Per. 05.07.2012. 48. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Турнецкий Л.С., Волков В.Ю., Онешко А.В. Программа оценивания координат прямолинейных сегментов кромок на изображениях. Сви¬ детельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2012618013. Per. 06.09.2012. 49. Анцев Г.В., Арсенов С.В., Киселев А.В., Сарычев В.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л. С. Авионика экраноплана-спасателя // Труды 6-й Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Т. 1. «Экипировка, противодей¬ ствие терроризму, безопасность объектов» СПб., 2003. 50. Анцев Г.В., Арсенов С.В., Киселев А.В., Сарычев В.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л. С. РЛС экраноплана-спасателя «Заря» // Труды Междунар. спец. выставки-конф. во¬
енных и двойных технологий «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления». Т. 2. Нижний Новгород. 2002. 51. Анцев Г.В., Арсенов С.В., Сарычев В.А. Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Пути созда¬ ния радиолокационного обеспечения экраноплана-спасателя // Труды 5-й Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2002. 52. Анцев Г.В., Барабанов А.Д., Леонтьев С.М., Птицын С.О., Турнецкий Л.С. Оценка факторов, влияющих на эффективность функционирования систем самонаведения с оптическими приемниками в условиях помех // Проблемы интеллектуального и военного транспорта. Вып. 7. СПб.: ООО «Изд. «Логос». 2006. 53. Анцев Г.В., Барабанов АД., Прищепа Ю.В. Слесарев А.Ю., Турнецкий Л.С. Техно¬ логия и комплекс унифицированных программно-информационных средств авто¬ матизированной обработки разноспектральной видовой информации // Проблемы интеллектуального и военного транспорта. Вып. 7. СПб: ООО «Изд. «Логос». 2006. 54. Анцев Г.В., Барабанов АД., Птицын С.О., Турнецкий Л.С. Построение информа¬ ционной системы в интересах информационной борьбы // Проблемы интеллекту¬ ального и военного транспорта. Вып. 7. СПб: ООО «Изд. «Логос». 2006. 55. Анцев Г.В., Бачевский С.В., Борисов Е.Г., Васильев П.В., Макаренко А.А., Турнец¬ кий Л.С. Следящая система. Патент а полезную модель № 77690 (РФ) // РОСПАТЕНТ. 27 октября 2008 г. 56. Анцев Г.В., Блохин В.Н., Нечаев А.В., Платонов С.В., Прохоров В.М. Экраноплан. Патент на полезную модель №125148. Рег.15.08.2012. 57. Анцев Г.В., Блохин В.Н., Нечаев А.В., Платонов С.В., Прохоров В.М. Экраноплан. Патент на полезную модель №136773. Per. 24.06. 2013. 58. Анцев Г.В., Блудов А.А., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Система имитационного моделирования оптикоэлектронной корреляционно-экстремальной системы ко¬ нечного наведения беспилотного летательного аппарата // Доклады II Росс, муль- тиконф. по проблемам управления. 5-я науч. конф. «Управление и информацион¬ ные технологии» (УИТ-2008). Т. 2. СПб: ГЭУ «ЛЭТИ». 2008. 59. Анцев Г.В., Блудов А.А., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Пакет программ подго¬ товки эталонной информации для оптикоэлектронных систем технического зре¬ ния // Труды всеармейской научно-практич. конф. «Инновационная деятельность в Вооруженных силах РФ». СПб.: ВАС. 2008. 60. Анцев Г.В. Богословский С.В., Сапожников Г.А. Проектирование устройств с элек¬ тромагнитным подвесом. М.: Наука. 2010. 61. Анцев Г.В., Борисов Е.Г., Лебедев И.А. Потенциальная точность оценивания даль¬ ности в многопозиционной радиолокационной системе при реализации процедур кооперативной обработки информации // Наукоемкие технологии. 2015. № 8. 62. Анцев Г.В., Борисов Е.Г., Турнецкий Л.С. Комплексирование информации в борто¬ вой многоканальной системе управления // Научно-технич. сб. «Вычислительные системы реального времени и цифровые устройства». Вып. 5. М.: Изд-во «Кон¬ церн «Моринформсистема-Агат». 2012. 63. Анцев Г.В., Борисов Е.Г., Турнецкий Л.С. Повышение эффективности систем са¬ монаведения с координаторами различной физической природы // Известия Юж¬ ного федерального университета. Сер. Технические науки. 2010. № 3.
64. Анцев Г.В., Борисов Е.Г., Турнецкий Л.С., Машков Г.М. Устройство определения параметров движения цели. Патент РФ на полезную модель № 107370. МПК G01S13/06. Опубл. 2011. 65. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Радыги Н.В., Турнецкий Л.С. Выделение линии горизонта методом цифровой обработки оптикоэлектронных изображений // Сб. докладов научно-технич. конф. «Состояние, проблемы и перспективы соз¬ дания корабельных информационно-управляющих комплексов». М.: ОАО «Кон¬ церн «Моринформсистема-Агат». 2009. 66. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Радыги Н.В., Турнецкий Л.С. Метод вы¬ деления прямых линий на цифровых дискретизированных изображениях // Труды XIII Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасно¬ сти». СПб: НПО СМ - РАРАН. 2010. Т. 4. 67. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Радыш Н.В., Турнецкий Л. С. Повышение информативности тепловых бинаризованных изображений // Труды 12-й Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности. Военно- морской флот России». Т. 4. СПб: НПО СМ - РАРАН. 2009. 68. Анцев Г.В. Волков В.Ю., Макаренко А.А., Радыш Н.В., Турнецкий Л.С. Сегмента¬ ция и разделение протяженных объектов на тепловых дискретизированных изо¬ бражениях // Труды 11-й Междунар. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Вып. XI-2. М. 2009. 69. Анцев Г.В. Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий Л.С. Программа вычисления статистических характеристик яркости оптикоэлектронного изобра¬ жения. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2008611244 // РОСПАТЕНТ. 13 марта 2008 г. 70. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий JI.C. Про- грамма-имитатор оптикоэлектронного изображения. Свидетельство о гос. регист¬ рации программы для ЭВМ №2008611261 // РОСПАТЕНТ. 13 марта 2008 г. 71. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий Л. С. Программа поиска контуров на оптикоэлектронном изображении. Свидетельство о гос. реги¬ страции программы для ЭВМ №2008611243 // РОСПАТЕНТ. 13 марта 2008 г. 72. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий Л. С. Программа преобразования оптикоэлектронного изображения и анализа результатов преобра¬ зования. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2008613707 // РОСПАТЕНТ. 31 июля 2008 г. 73. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий Л. С. Программа создания оптикоэлектронных изображений случайных полей с различными рас¬ пределениями яркости. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2008613706 // РОСПАТЕНТ. 31 июля 2008 г. 74. Анцев Г.В. Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий Л.С. Цифровые методы обнаружения объектов на тепловых изображениях поверхности моря // Труды 8-й Междунар. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Вып. VIII—1. М. 2006. 75. Анцев Г.В., Волков В.Ю., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Выделение прямолиней¬ ных кромок на зашумленных изображениях методом ориентированной фильтрации // Доклады 13-й Междунар. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение. ЦОС-2011». DSPA-2011. Вып. XIII-2. М.: ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. 2011. 669 тщ§
76. Анцев Г.В., Гольцов А.С., Петров В.А. Сравнение критериев схожести и корреля¬ ции для распознавания объектов в задачах дистанционного мониторинга и наве¬ дения // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2015. № 1(86). 77. Анцев Г.В., Елфимов В.Г., Сарычев В. А., Тупиков В А., Турнецкий JI.C. Мониторин¬ говые радиоэлектронные системы // Морская радиоэлектроника. 2002. № 2. 78. Анцев Г.В., Жигулин Г.П., Сарычев В.А. Описание распределенных сетецентриче¬ ских структур и операций // Труды СПИИРАН. 2012. Вып. 4(23). 79. Анцев Г.В., Земляное А.Б., Ткачев В.Р., Турнецкий JI.C. Актуальные вопросы ин¬ формационного обеспечения тактических противокорабельных крылатых ракет // Морская радиоэлектроника. 2003. № 3. 80. Анцев Г.В., Ипатов В.П., Самойлов ИМ. Основы теории информации. СПб.: «Агентство ВиТ-прим». 2004. 81. Анцев Г.В., Исаков В.И., Турнецкая Е.Л., Турнецкий JI.C. Принципы применения геоинформационных систем при управлении полетом летательного аппарата. СПб: ГУАП. 2006. 82. Анцев Г.В., Киселев А.В., Сарычев В.А. Спецтехника - конверсия - реконверсия // Радиопромышленность. 1995. № 1-2. 83. Анцев Г.В., Кондратенков Г. С., Сарычев В.А., Татарский Б.Г. Радиолокационная система высокоточной головки самонаведения управляемого оружия / В сб. «V Международная научно-техническая конференция «Кибернетика и технологии XXI века». Воронеж. 2004. 84. Анцев Г.В., Кочетов А.А., Головачев М.В., Миронов О.С., Сарычев В.А. Методы и средства сверхширокополосной SDR- радиолокации в вооружении и военной тех¬ нике // Материалы XV Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2012. 85. Анцев Г.В., Макаренко А.А. Разработка комплекса программного формирования контуров эталонных изображений для оптикоэлектронных систем самонаведения крылатой ракеты // Труды ОАО «Моринформсистема «Агат». 2009. № 2. 86. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Сарычев В.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л. С. К вопросу построения экспертной системы распознавания цели для навигационной системы беспилотного летательного аппарата // Труды VII Междунар. научно-технич. конф. «Кибернетика и высокие технологии XXI века». Т. 1. Воронеж. 2006. 87. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Бионические методы обработки теплового изображения при опознавании морского объекта // Труды V Междунар. научно-технич. конф. «Кибернетика и технологии XXI века». Воро¬ неж. 2004. 88. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Комплекс программ для моделирования алгоритмов обработки инфракрасных изображений // Проблемы ин¬ теллектуального и военного транспорта. Вып. 6. СПб.: ООО «Изд. «Логос». 2005. 89. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Построение опорных изображений для систем наведения беспилотного летательного аппарата методом трехмерного компьютерного моделирования // Труды XIX научно-техн. конф. «Проблемы создания радиоэлектронного вооружения и систем управления ракет¬ ного оружия кораблей». Кн. 3. Вып. 9. СПб: ОАО «Концерн «Гранит-Электрон». 2007.
90. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Применение спектраль¬ ной обработки теплового изображения при опознавании морского объекта // Тру- ды 7-й Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безо¬ пасности». СПб.: НПО СМ - РАРАН. 2004. 91. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Программные средства для моделирования алгоритмов обработки тепловых изображений // XI Между- нар. научно-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. 2005. 92. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. К вопросу формирования эталонных изображений для оптикоэлектронной бортовой системы автоматического распо¬ знавания объектов // Труды VII Междунар. конф. «Идентификация систем и зада¬ чи управления» (SICPR02008). М.: ИПУ РАН. 2008. 93. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Применение спектральной обработки при распознавании текстур на оптикоэлектронных изображениях // Труды 12-й Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности. Военно-морской флот России». Т. 4. СПб.: НПО СМ - РАРАН. 2009. 94. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Программа коррекции проективных искажений телевизионного аэроснимка, формируемого бортовой телевизионной системой летательного аппарата. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2008611177 // РОСПАТЕНТ. 5 марта 2008 г. 95. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Программа предварительной обработ¬ ки телевизионного аэроснимка, формируемого бортовой телевизионной системой летательного аппарата. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008611178 // РОСПАТЕНТ. 5 марта 2008 г. 96. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Программные средства подготовки эталонных изображений для корреляционно-экстремальной системы наведения беспилотного летательного аппарата // Труды VIII Междунар. конф. «Идентифи¬ кация систем и задачи управления» (SICPR02008). М.: ИПУ РАН. 2009. 97. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Способ формирования эталонных изображений целей для оптикоэлектронной системы самонаведения противокора¬ бельной крылатой ракеты // Труды научно-технич. конф. «Состояние, проблемы и перспективы создания корабельных информационно-управляющих комплексов». М.: ОАО «Концерн «Моринформсистема - Агат». 2008. 98. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Средства имитационного моделиро¬ вания оптикоэлектронной системы автоматической посадки беспилотного лета¬ тельного аппарата // Труды 4-й Всеросс. научно-практич. конф. по имитационно¬ му моделированию и его применению в науке и промышленности «Имитационное моделирование. Теория и практика» (ИММОД-2009). СПб. 2009. 99. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Барабанов А.Д., Блудов А.А., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Программа имитационной модели системы автоматической посадки беспи¬ лотного летательного аппарата. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012618020. РОСПАТЕНТ. 6 сентября 2012 г. 100. Анцев Г.В., Анцев И.Г., Барабанов А.Д., Блудов А.А., Макаренко А.А., Турнец¬ кий Л. С. Программа поиска объекта на изображении корреляционно¬ экстремальным методом. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012618014. РОСПАТЕНТ. 6 сентября 2012 г. 101. Анцев Г.В., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С., Тупиков В.А. Трехмерное компьютер¬ ное моделирование при построении опорных изображений для системы наведения
беспилотного летательного аппарата // Труды XIX научно-технич. конф. «Про¬ блемы создания радиоэлектронного вооружения и систем управления ракетного оружия кораблей». СПб.: ОАО «Концерн «Гранит - Электрон». 2006. 102. Анцев Г.В., Миронов О.С., Сарычев В.А. Обеспечение виртуальности в SDR- системах // XIX Междунар. научно-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. 2012. 103. Анцев Г.В., Миронов О.С., Сарычев В.А. Перспективы SDR радиолокации // XIX Междунар. научно-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. 2012. 104. Анцев Г.В., Миронов О.С., Сарычев В.А. SDR и теория радиолокационного канала // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2011. № 4. 105. Анцев Г.В., Петров В.А. Методика оценки возможностей освещения поверхности Земли из космоса и ее применение для арктических широт // Известия РАРАН. 2011. Вып. 3(69). 106. Анцев Г.В., Петров В.А. О допустимости независимой поканальной обработки информации в задаче определения параметров движения цели // Известия РАРАН. 2011. Вып. 4(70). 107. Анцев Г.В., Платонов С.В., Айзен С.Н., Кирилловых В.Н., Кузнецов Г.П., Панкра¬ тов В.А., Костров Ю.И., Краева Е.П. Способ определения в опытовом бассейне в прямом движении аэродинамических характеристик горизонтального оперения экраноплана. Патент №2531783. Per. 29.08.2014. Бюл. № 30. 108. Анцев Г.В., Райский В.Л., Сарычев В.А. Интегрированные системы управления ко¬ раблей // Радиоэлектронные технологии. 2015. № 1. 109. Анцев Г.В., Райский В.Л., Сарычев В.А. О технологии несимметричного ответа // Радиоэлектронные технологии. 2015. № 5. 110. Анцев Г.В, Сарычев В.А. ВТО - оружие сетецентрических войн (операций) // Вестник научно-технич. совета военно-промышленной комиссии при правитель¬ стве РФ. 2011. № 1. 111. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Высокоточное оружие - его статус и перспективы // Фа¬ зотрон. 2013. № 1. 112. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Информационные процессы в радиолокационном ка¬ нале // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. № 1. 113. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Какими должны быть определения в технике (на приме¬ ре систем управления высокоточным оружием) // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 6. 114. Анцев Г.В., Сарычев В.А. К теории многофункциональных систем // Труды СПИИРАН. 2013. №4. 115. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Научно-производственное предприятие «Радар ммс», его прошлое, настоящее и будущее // Тезисы XVIII годичной конф. СПб отделения национального комитета по истории и философии науки и техники «Наука и тех¬ ника». СПб. 1997. 116. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Радиолокация и некоординатные характеристики цели // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. № 5. 117. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Режимы работы авиационных РЛС // Радиоэлектроника и связь. 1993. № 4. 118. Анцев Г.В., Сарычев В.А. SDR-радиолокаторы // Фазотрон. 2012. № 3(19). 1 т 672 §
119. Анцев Г.В, Сарычев В.А. Современная радиолокация: состояние и перспективы // Морские информационно-управляющие системы. 2015. №№ 1—2(7—8). 120. Анцев Г.В, Сарычев В.А. Требования к определениям, используемым в военной технике // Пленарные доклады XVII Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2014. 121. Анцев Г.В. Сарычев В.А. Эксплуатация авионики // Проблемы транспорта. СПб. 2001. №5. 122. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Елфимов В,Г. Обеспечение радиолокационной разведки современными средствами радиовидения // Сб. материалов научно-практич. конф. в.ч. 48254, Минобороны. 1999. 123. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Ещенко С.Д. Бортовая РЛС 8-мм диапазона с электрон¬ ным сканированием для мониторинга и обслуживания районов техногенных и природных катастроф // Мониторинг. 1997. № 2. 124. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Комаров Ю.А., Румянцев В.А., Соловьев ГА. Концепция доводочного радиолокационного канала и вариант двухдиапазонной антенны ра¬ диолокационной головки самонаведения на основе перспективных технологий // Научно-практич. конф. «Проблемы развития и применения авиации ВМФ». Ин-т № 28. 21-22 апреля 1998 г. 125. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Соловьев ГА., Суворов А.Ф., Турнецкий Л.С. разработка и производство систем управления высокоточным оружием в АООТ «Радар ММС» // Челомеевские чтения по системному анализу вооружения ВМФ. СПб.: Академия ВМФ им. Н.Г. Кузнецова. 1999. 126. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Тупиков В.А. Принципы создания отечественных радио¬ локационных систем наведения ВТО // Военный парад. 2004. № 3. 127. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Тупиков В.А. Системы самонаведения и высокоточное оружие // Военный парад. 2007. № 4. 128. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Тупиков В.А. Современные аспекты теории проектирова¬ ния систем самонаведения // Военный парад. 2006. № 4. 129. Анцев Г.В., Сарычев В.А. Тупиков В.А. Тенденции в создании систем самонаведе¬ ния // Фазотрон, информационно-аналитический журнал. 2007. № 1-2. 130. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л. С. Бортовые информационно- управляющие системы высокоточного оружия // Морская радиоэлектроника. 2002. № 1. 131. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Единое информационное поле сенсоров РУК // Тезисы доклада 1-й Всеросс. научно-технич. конф. по про¬ блемам создания перспективной авионики. 2002. 132. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л. С. Особенности построения и функционирования бортовой аппаратуры управления авиационных транспортных систем специального назначения // Труды Междунар. научно-практич. конф. «Ак¬ туальные проблемы транспорта России». Вып. 2. Саратов: РАТ СГТУ. 1999. 133. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Турнецкий Л.С. Радиоэлектронные системы наведения противокорабельных крылатых ракет // Радиоэлектроника интеллектуальных транспортных систем. 2010. № 2. 134. Анцев Г.В., Сарычев В.А., Федотов А.А. Создание интегрированной многофунк¬ циональной информационной системы корабля // Пленарные доклады XVI Все¬ росс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2013.
135. Анцев Г.В., Сарычев В А., Шалыт Л.Я., Шатов В А. Радар ммс - 50 лет // Радио¬ промышленность. 1998. № 1. 136. Анцев Г.В., Сарычев В А., Шалыт Л.Я., Шатов В А. Радиолокаторы, микроэлек¬ троника, медицина, системы // Вопросы радиоэлектроники. Сер. РТ. 1998. Вып. 1. 137. Анцев Г.В., Ткаченко В.П., Тупиков В А., Турнецкий Л.С. Роль и место задач распо¬ знавания целей при функционировании управляемого высокоточного оружия // Проблемы интеллектуального и военного транспорта. Вып. 6. СПб.: ООО «Изд. «Логос». 2005. 138. Анцев Г.В., Трушенков В.В. Вклад предприятия ОАО «НПП «Радар ммс» в безо¬ пасность России // Научно-технич. сб. «Радиопромышленность». 2012. Вып. 4. 139. Анцев Г.В., Тупиков В .А., Турнецкий Л.С., Коробкин П.А. Применение трехмерных компьютерных моделей при создании тепловизионных средств обнаружения и классификации надводных объектов // Материалы межотраслевой НТК «Военное кораблестроение 2006 (ВОКОР2006)». СПб.: 1-й ЦНИИ МО РФ. 2006. 140. Анцев Г.В., Тупиков В .А., Турнецкий Л. С., Сарычев В.А. Бортовые информационно- управляющие системы высокоточного оружия // Морская радиоэлектроника. 2002. № 1. 141. Анцев Г.В., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С., Сарычев В.А. Принципы построения бортовых информационно-управляющих систем высокоточного оружия нового поколения // Радиотехника. 2001. № 8. 142. Анцев Г.В., Тупиков В .А., Турнецкий Л.С., Сарычев В.А. Статус интеллектуального высокоточного оружия // Известия РАРАН. 2004. № 1. 143. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С. Комплекс радиовидения беспилотного летательного аппарата // Вопросы радиоэлектроники. Сер. РЛТ. 2000. 144. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С. Проблемы создания бортовых радиоэлектронных ком¬ плексов управления // Научно-технич. сб. 30-й ЦНИИ МО РФ. 1998. 145. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Борисов Е.Г. Повышение эффективности систем са¬ монаведения с координаторами различной физической природы // Известия тех¬ нологического института Южного федерального университета. Тематический вы¬ пуск. Перспективные системы и задачи управления. Таганрог. 2010. 146. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Борисов Е.Г., Бачевский С.В. Программа имитацион¬ ного моделирования изображения сцены на входе оптикоэлектронной системы наблюдения Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009612909. Per. 04.06.2009. 147. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Борисов Е.Г., Бачевский С.В. Программа имитацион¬ ного моделирования комбинированной радиолокационно-оптикоэлектронной следящей пеленгационной системы. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009612910. Per. 04.06.2009. 148. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А .А. Программа преобразования дискрети¬ зированного изображения в матрицу значений интегральных оценок локальных двумерных пространственных спектров этого изображения. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008614214. Per. 03.09.2008. 149. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А. Программа преобразования дискрети¬ зированного изображения в матрицу значений интегральных оценок локальных ориентированных пространственных спектров этого изображения. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008614215. Per. 03.09.2008.
150. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А. Программа расчета и визуализации пространственных спектров строк и столбцов дискретизированного изображения. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008614216. Per. 03.09.2008. 151. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Волков В.Ю., Рогачев В.А. Программа выделения локального участка оптикоэлектронного изображения и вычисления его статистических характеристик яркости. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008613708. Per. 31.07.2008. 152. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Волков В.Ю., Рогачев В.А. Программа вычисления статистических характеристик яркости оптикоэлектронного изобра¬ жения. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008611244. Per. 13.03.2008. 153. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Волков В.Ю., Рогачев В.А. Програм¬ ма-имитатор оптикоэлектронного изображения. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008611261. Per. 13.03.2008. 154. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Волков В.Ю., Рогачев В.А. Программа поиска контуров на оптикоэлектронном изображении. Свидетельство о гос. реги¬ страции программы для ЭВМ № 2008611243. РОСПАТЕНТ. 13 марта 2008 г. 155. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Волков В.Ю., Рогачев В.А. Программа преобразования оптикоэлектронного изображения и анализа результатов преобра¬ зования. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2008613707. Per. 31.07.2008. 156. Анцев Г.В., Турнецкий Л. С., Макаренко А.А., Волков В.Ю., Рогачев В.А. Программа создания оптикоэлектронных изображений случайных полей с различными рас¬ пределениями яркости. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2008613706. Per. 31.07.2008 г. 157. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А. База данных телевизи¬ онных изображений надпалубных элементов надводных кораблей. Свидетельство о гос. регистрации базы данных № 2009620439. РОСПАТЕНТ. 31 августа 2009 г. 158. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А. База данных трехмер¬ ных моделей и характеристик надводных кораблей иностранных государств. Сви¬ детельство о гос. регистрации базы данных № 2010620051. РОСПАТЕНТ. 19 ян¬ варя 2010 г. 159. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А. База данных эталон¬ ных цифровых телевизионных изображений надводных кораблей и судов. Свиде¬ тельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009620376. Per. 10.07.2009. 160. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А. База данных эталон¬ ных цифровых тепловизионных изображений надводных кораблей и судов. Сви¬ детельство о гос. регистрации базы данных № 2009620377. РОСПАТЕНТ. 10 июля 2009 г. 161. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А. Количественные ха¬ рактеристики трехмерных компьютерных моделей надводных кораблей // Труды 11-й Всеросс. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопас¬ ности. Военно-морской флот России». СПб: НПО СМ, РАРАН. 2008. 162. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А., Бойкова Е.Б. База данных эталонных цифровых изображений силуэтов надводных кораблей и судов.
Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010620093. Per. 10.02.2010. 163. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А., Турнецкая ЕЛ. База данных основных характеристик и компьютерных 3D моделей телевизионных, тепловизионных и радиолокационных изображений надводных кораблей ино¬ странных государств. Свидетельство о гос. регистрации базы данных 2010620117. РОСПАТЕНТ. 19 февраля 2010 г. 164. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Макаренко А.А., Коробкин П.А., Турнецкая ЕЛ. База данных эталонных цифровых изображений контуров надводных кораблей и су¬ дов. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2010620083. Per. 03.02.2010. 165. Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., Птицын С.О. Программа имитационного моделирова¬ ния изображения сцены на входе оптикоэлектронной системы наблюдения Свиде¬ тельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009614938. Per. 10.09.2009. 166. Аполлодор. Мифологическая библиотека. М.: Наука-«Ладомир». 1993. 167. Арапов О.Л., Зуев Ю.С. К вопросу о противоракетном маневре // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 1. 168. Арапов О.Л., Зуев Ю.С. Повышение вероятности преодоления летательным аппа¬ ратом средств противовоздушной обороны // Вестник Концерна ПВО «Алмаз- Антей». 2014. № 1. 169. Арапов О.Л., Зуев Ю.С. Формирование опорной траектории, обеспечивающей преодоление опасной зоны // Вестник Московского государственного техническо¬ го университета им. Н.Э. Баумана. 2015. № 3. 170. Арбатов А., Дворкин В. Ядерное распространение: новые технологии, вооружения и договоры. М.: РОССПЭН. 2009. 171. Арзуманян Р. Теория и принципы сетецентрических войн и операций // XXI век. 2008. № 2. 172. Аронов Л.А., Ушаков В.Н. Спектральный анализ радиосигналов средствами ра- диофотоники // Известия вузов России. Сер. Радиоэлектроника. 2015. № 4. 173. Аронов С.Ю., Герасимов И.А., Минкин М.А. Исследование влияния климатических и механических факторов на характеристики полосковых антенн, размещаемых в диэлектрических укрытиях // Радиотехника. 2015. № 4. 174. Артемьев А. Выбор и влияние диапазона радиоволн на характеристики БРЛС для боевого вертолета // Фазотрон. 2012. № 1. 175. Астапов Ю.М. Теория управления летательными аппаратами. М.: Изд-во МАТИ. 2006. 176. Астапов Ю.М., Васильев Д.В., Заложнев Ю.И. Теория оптикоэлектронных следя¬ щих систем. М.: Наука. 1988. 177. Атерлей В.П., Чернышев В.А., Шевченко Г.А. Принципы построения средств пре¬ образования и ввода в ПЭВМ радиолокационной измерительной информации // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2006. № 7. 178. Ачасов О.Б., Буравлев А.И. Аналитическая модель оценки эффективности воз- душно-космической обороны в условиях глобального удара высокоточным ору¬ жием // Вооружение и экономика. 2014. № 2. 179. Ачшьдиев В.М. Бесплатформенные инерциальные блоки на основе микромехани- ческих датчиков угловой скорости и линейного ускорения. М.: ГОУ ВПО МГУЛ. 2007. 676
180. Агиурбейли И.Р., Лаговиер А.И. Основные направления развития воздушно¬ космической обороны Российской Федерации // Успехи современной радиоэлек¬ троники. 2009. № 12. 181. Агиурбейли И.Р., Лаговиер А.И., Соколов С.П. Сложные радиоэлектронные систе¬ мы вооружения. Планирование и управление созданием. М.: Радиотехника. 2012. 182. Бабич В.К. Сверхманевренность истребителя // Зарубежное военное обозрение. 1994. №2. 183. Бабичев В.И., Ипатов А.В., Каплярчук Л.М. Методика формирования программы развития ВТО ближней зоны боевых действий // Оборонная техника. 2002. № 6. 184. Бабиченко А.В., Орехов М.И., Шкред В.К. Позиционные (геодезические) задачи в навигационном пространстве // Инженерная физика. 2011. № 2. 185. Бабиченко А.В., Шкред В.К. Фигура Земли как основа математической модели на¬ вигационного пространства // Инженерная физика. 2011. № 2. 186. Бабуров В.И, Пономаренко Б.В. Принципы интегрированной бортовой авионики. СПб.: Агентство «РДК-Принт». 2005. 187. Багиян А.А. Высокоточный датчик кватерниона // Труды XXII Междунар. конфер. по интегрированным навигационным системам. СПб. 2015. 188. Бажин Д.А., Михайлин А.И, Гаръкушев Д.А., Сазыкин А.М. Методы повышения достоверности информации для систем поддержки принятия решений комплексов высокоточного оружия // Изв. РАРАН. 2014. № 2. 189. Байдаров А.А., Чухрий Д.Г. Построение интеллектуальных облачных систем на основе технологий виртуализации // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2013. № 11. 190. Баканеев С.А. Приоритетные направления строительства ракетных войск и артил¬ лерии, развитие теории и практики их боевого применения в интересах обеспече¬ ния военной безопасности Российской Федерации // Пленарные доклады XVIII Всеросс. науч.-практ. конфер. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2015. 191. Баклицкий В.К. Корреляционно-экстремальные методы навигации и наведения. Тверь. ТО «Книжный клуб». 2009. 192. Балыбин В.А., Батурин Ю.О., Гулидов А.А. О совершенствовании системы воору¬ жения радиоэлектронной борьбы // Военная мысль. 2013. № 11. 193. Балыбин В.А., Донское Ю.Е., Бойко А.А. О терминологии в области радиоэлек¬ тронной борьбы в условиях современного информационного противоборства // Военная мысль. 2013. № 9. 194. Банах В. А., Миронов В Л. Локационное распространение лазерного излучения в турбулентной атмосфере. Новосибирск: Наука. 1986. 195. Бандура В.И., Панков В.А. Способ повышения эффективности применения управ¬ ляемых средств поражения класса «воздух-воздух» // Фазотрон. 2012. № 1. 196. Баранов И., Ивенин К, Каневский М. Сверхманевренность - средство побеждать // Авиапанорама. 1999. № 1. 197. Баранов М.Н., Корж ИГ. Морские радиоэлектронные системы наблюдения с проблемами конца XX века в век XXI // Морская радиоэлектроника. 2002. № 1. 198. Баранов П. С., Чиркунова А.А. Телевизионная камера видимого и ближнего инфра¬ красного диапазонов // Изв. вузов России. Сер. Радиоэлектроника. 2015. № 4. 199. Баранчеев В.П. Масленникова Н.П., Мишин В.М. Управление инновациями. М.: Юрайт. 2013.
200. Барбайтс Дж. (ред.) Справочная книга по математической логике в четырех то¬ мах. М.: Наука. 1982-1983. 201. Барсегян А.А., Куприянов М.С., Степаненко В.В., Холод И.И. Технологии анализа данных: Data Mining, Visual Mining, Text Mining, OLAP. СПб.: БХВ-Петербург. 2007. 202. Барсукова E.JI., Сарычев В.А. Инновация как экономическая категория // Иннова¬ ции. Журнал об инновационной деятельности. 2008. № 2(102). 203. Бархатов А.В., Веремьев В.И. Головков А.А., Кутузов В.М., Малышев В.Н., Пет- кау О.Г., Стенюков Н.С., Шмырин М. С. Полуактивная радиолокация в системах мониторинга обстановки и охраны важных объектов // Изв. вузов России. Сер. Ра¬ диоэлектроника. 2015. № 4. 204. Бар-Шалом Я., Ли Х.-Р. Траекторная обработка. Принципы, способы и алгорит¬ мы. М.: Техносфера. 2011. 205. Басистов В.А., Гуреев Э.Д., Лобанов Б.С., Прилуцкий А.А., Фатеев В.Ф. Развитие радиоэлектроники как предопределение перехода к сетевой инфраструктуре рас¬ пределенных информационно-управляющих систем на основе конвергенции тех¬ нологий координатно-временного обеспечения, мониторинга, передачи и обра¬ ботки данных // Электромагнитные волны и электронные системы. 2012. № 5. 206. Басов О.О., Хахамов П.Ю., Носов М.В. Повышение эффективности управления в условиях изменения психофизиологического состояния персонала // СПб.: Труды СПИИРАН. 2014. № 3. 207. Батыршин ИЗ., Недосекин А.О., Стецко А.А., Тарасов В.Б., Язенин А.В., Ярушки- наН.Г. Нечеткие гибридные системы. М.: Физматлит. 2007. 208. Безяев B.C. Пуск ракеты с подвижных пусковых установок // Информационно¬ измерительные и управляющие системы. 2014. №7. 209. Безяев B.C., Куликов Е.С. Подходы к созданию средств защиты от атакующих элементов высокоточного оружия // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2014. № 4. 210. Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика. Теория и практика. М.: Кудиц-образ. 2006. 211. Беклемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. М.: Высшая школа. 1998. 212. Белецкий Ю.С. Методы и алгоритмы контрастного обнаружения сигналов на фоне помех с априори неизвестными характеристиками. М.: Радиотехника. 2012. 213. Белицкий В.И., Устинов Ю.К, Чихонадских А.П. Методология научных исследо¬ ваний. Т. 1. Основы методологии научных исследований. СПб.: Военно¬ космическая академия. 2005. 214. Белкин М.Е., Сигов А.С. Новое направление фотоники - сверхвысокочастотная оптоэлектроника // Радиотехника и электроника. 2009. № 8. 215. Белкин М., Яковлев В. Викселоника - новое направление оптоэлектронной обра¬ ботки радиосигналов // Фотоника. 2015. № 3. 216. Белоглазое И.Н., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизиче¬ ским полям. М.: Наука. 1985. 217. Белоногов П.З., Шустов Э.И., Стучилин А.И. Радиолокационное распознавание баллистических целей по выборкам измерений радиальной скорости и дальности // Электромагнитные волны и электронные системы. 2015. № 2. 218. Белый Ю.И. (ред.) Радиолокационные системы специального и гражданского на¬ значения 2010-2012. М.: Радиотехника. 2011.
219. Белый Ю.И., Каюмжий В.Н., Артамонов П.И. Принципы построения унифициро¬ ванных бортовых радиоэлектронных комплексов интегрального типа // Радиотех¬ ника. 2005. № 9. 220. Белявцев В.Г., Воскобойников Ю.Е. Алгоритмы фильтрации изображений с адап¬ тацией размеров апертуры // Автометрия. 1998. № 3. 221. Беляев В.В., Кирьянов О.Е., Понъкин В А. Радиолокационные, антенные и радио¬ физические измерения. Воронеж: Научная книга. 2013. 222. Беляев Г.Г., Jlepep А.М., Шевченко В.Н. Исследование микродоплеровской струк¬ туры эхо сигналов пропеллерных летательных аппаратов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2015. № 6. 223. Биард Р. У., МакЛэйн Т. У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М.: Техносфера. 2015. 224. Блудов А.А., Колтышев Е.Е., Минкин Д.Ю. Радиолокационные методы навигации по картам местности. СПб.:, Владос Северо-запад. 2010. 225. Бобриков А.А. (ред.) Оценка эффективности огневого поражения ударами ракет и огнем артиллерии. СПб.: Галея Принт. 2006. 226. Бобцов А.А. Алгоритмы робастного управления линейным объектом по выходу с компенсацией неизвестного детерминированного возмущения // Изв. РАН. Сер. Теория и системы управления. 2003. № 2. 227. Богданов А.В., Кучин А.А., Ситников А.Г., Черваков В.О., Шпортко С.А. Алго¬ ритм обнаружения в бортовой радиолокационной станции пущенной противни¬ ком управляемой ракеты класса «воздух-воздух» на этапе сопровождения ее но¬ сителя // Радиотехника. 2011. №11. 228. Богданович В.Ю. Пути повышения живучести зенитных средств современной противовоздушной обороны в условиях применения противником самонаводяще- гося на источник электромагнитного излучения оружия. К.: ВПЦ «Тираж». 2004. 229. Богословский А.В. (ред.) Обнаружение, распознавание и определение параметров образов целей. М.: Радиотехника. 2012. 230. Богословский С.В., Дорофеев А.Д. Динамика полета летательных аппаратов. СПб.: ГУАП. 2002. 231. Боев С.Ф. Глаза и интеллект РКО. Высокопотенциальные радиолокационные станции: прошлое, настоящее и будущее // Военный парад. 2001. № 5. 232. Бойко С.Н., Веселаго В.Г., Виноградов Е.А., Жуков А.А. Малогабаритные антенны на основе метаматериалов (Практические аспекты) // Антенны. 2012. № 12. 233. Бойков Л., Сатаров В. Основы оперативного искусства вооруженных сил США // Зарубежное военное обозрение. 2014. № 7. 234. Бойкова Е.Б., Коробкин П.А., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Применение трех¬ мерных компьютерных моделей при создании тепловизионных средств обнару¬ жения и классификации надводных объектов // Проблемы интеллектуального и военного транспорта. 2005. № 6. 235. Борисов В.И. Анализ помехозащищенности радиотехнических систем на основе вероятностно-временной модели «Система радиосвязи - Система РЭБ» // Радио¬ техника. 2014. № 11. 236. Борисов В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи. Основы теории и принци¬ пы реализации. М.: Наука. 2009. 237. Борисов Е.Г., Евдокимов В.И. Высокоточное оружие и борьба с ним. М.: Лань. 2013.
238. Борисов Е.Г., Турнецкий JI.C. Комплексирование координатной информации в бортовой многодатчиковой системе наблюдения // Информационно-измери¬ тельные и управляющие системы. 2012. № 2. 239. Борисова КВ. Сегментация и сопровождение объектов на сложном фоне // Опти¬ ческий журнал. 2011. № 5. 240. Борзов А.Б., Быстров Р.П., Корачков А.С., Машляковский В.К., Сучков В.Б., Чере- пенин В.А. Современные радиотехнические системы управления и наведения вы¬ сокоточного оружия // Успехи современной радиоэлектроники. 2011. №№ 3, 12. 241. Бороздин П.А., Сыроквашин В.В., Фокин А.Л. Робастное управление линейным инерционным объектом // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2008. № 4. 242. Бочаров B.C., Генералов А.Г., Гаджиев Э.В. Выбор диэлектрика подложки микропо- лосковой антенны при построении миниатюрной антенны // Антенны. 2014. № 12. 243. Бражник В.М., Герасимов Г.И. Развитие интегрированных комплексов бортового оборудования самолетов нового поколения // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2008. № 3. 244. Бранец В.Н. Лекции по теории бесплатформенных инерциальных навигационных систем управления // М.: МФТИ. 2009. 245. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерци¬ альных навигационных систем // М.: Наука. 1992. 246. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука. 1986. 247. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука. 1964. 248. Бубеныциков А.А., Владимиров В.И. Оценка влияния непреднамеренных помех на достоверность анализа радиоэлектронной обстановки при радиомониторинге // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 7. 249. Букашкин С.А., Конев А.В., Юркин Ю.В. Совершенствование процесса информа¬ ционной поддержки деятельности должностных лиц пунктов управления иерар¬ хической автоматизированной системы // Радиотехника. 2015. № 4. 250. Бураков М.В., Брунов М.С. Структурная идентификация нечеткой модели. Труды СПИИРАН. 2014. №3. 251. Буренок В.М. Новые технологии и новые войны // Защита и безопасность. 2011. № 3. 252. Буренок В.М. Перспективные концепции ведения войн и их влияние на развитие вооружения и военной техники России // Вопросы оборонной техники. Сер. 9. 2000. №№ 1-2. 253. Буренок В.М. Стратегия развития системы вооружения Вооруженных Сил Рос¬ сийской Федерации в современных условиях // Пленарные доклады XVII Всерос. науч.-практ. конфер. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2014. 254. Буренок В.М. Технологические и технические основы развития вооружения и во¬ енной техники. М.: Граница. 2010. 255. Буренок В.М., Горгола Е.В., Викулов С.Ф. Национальная безопасность России в эпоху сетевых войн. М.: Граница. 2015. 256. Буренок В.М., Ивлев А.А., Корчак В.Ю. Развитие технологий XXI века: проблемы планирование, реализация. Тверь: Издательство ООО «Купол». 2009. 257. Буренок В.М., Леонов А.В., Пронин А.Ю. Военно-экономические и инновационные аспекты интеграции нетрадиционных видов оружия в состав системы вооруже¬ ния. М.: Изд. Группа «Граница». 2014.
258. Буренок В.М., Ляпунов В.М., Мудрое В.И. Теория вооружения. М.: Изд-во 46 ЦНИИ МО. 2002. 259. Буренок В.М., Ляпунов В.М., Мудрое В.И. Теория и практика управления развити¬ ем вооружения. М.: Граница. 2005. 260. Буренок В.М., Найденов В.Г., Поляков В.И. Математические методы и модели в теории информационно-измерительных систем. М.: Машиностроение. 2011. 261. Буренок В.М., Погребняк Р.Н., Скотников А.П. Методология обоснования пер¬ спектив развития средств вооруженной борьбы общего назначения. М.: Машино¬ строение. 2010. 262. Буров С.В., Чудненко В.А. Противорадиолокационные ракеты. М.: МИРЭА. 1994. 263. Бутаков К.А., Бутакова С.В. К теории черного тела в микроволновом диапазоне // Электромагнитные волны и электромагнитные системы. 2003. № 2. 264. Бутузов В.В., Донцов А.А., Козирацкий ЮЛ. Математическая модель пространст¬ венного наведения управляемой ракеты с оптикоэлектронной следящей системой // Вестник военного авиационного института. 2012. № 1. 265. Бутузов В.В., Донцов А.А., Нагалин А.В. Анализ метода кинематической селекции цели для повышения устойчивости систем самонаведения управляемых боепри¬ пасов к воздействию преднамеренных помех // Радиотехника. 2014. № 9. 266. Бухалёв В.А. Обработка информации и управление ракетами в условиях противо¬ действия. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского. 2009. 267. Бухалев В.А. Основы автоматики и теории управления. М.: ВВИА им. Н.Е. Жу¬ ковского. 2006. 268. Быков В.В., Сухорукое Ю.С. Точность радиолокационного самонаведения объек¬ тов в условиях блужданий центра излучения и маневра цели // Радиотехника. 1994. №9. 269. Быстров Р.П., Соколов А.В. (ред.). Пассивная радиолокация. Методы обнаруже¬ ния объектов. М.: Радиотехника. 2011. 270. Быстров Р.П., Соколов А.В., Федорова Л.В., Чеканов Р.Н. Достижения в освоении миллиметровых и субмиллиметровых волн // Успехи современной радиоэлектро¬ ники. 2009. № 6. 271. Быховский М.А. Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обще¬ ству. Развитие радиотехники и знаний о распространении радиоволн в XX столе¬ тии. М.: ЛИБРОКОМ. 2013. 272. Вагин А.В., Гвоздарев В.И., Плотников А.В. Проблемы и перспективы развития испытательного полигонного комплекса Российской Федерации // Пленарные доклады XVIII Всерос. науч.-практ. конфер. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2015. 273. Вайпан С.Н., Вакуленко А.А., Долгополое А.П. Обобщенный метод оценки инфор¬ мативности РЛС, размещенной на летательном аппарате // Радиотехника. 2003. № 11. 274. Вайпан С.Н., Вакуленко А.А., Игольников С.В. Метод обоснования стратегии управления радиоэлектронной системой в динамике конфликта // Радиотехника. 2004. № 5. 275. Вайпан С.Н., Дод В.Н., Долгополов А.П., Мазуркин А.В. Методические подходы к организации управления авиационными комплексами в условиях радиоэлектрон¬ ного и огневого противодействия // Радиотехника. 2004. № 5.
276. Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. Ижевск. РХД. 2001. 277. Варайский Ф.С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь- справочник. М.: Либерия. 2001. 278. Варакин Л.Е. (ред.) Развитие инфокоммуникаций России в период 1991-2006 го¬ ды. Итоги 15-летней эпохи // Инфокоммуникации XXI века. Том VIII., М.: Меж¬ дународная академия связи. 2006. 279. Василин Н.Я., Гуринович A.JI. Зенитные ракетные комплексы. Справочное изда¬ ние. Минск: Белорусский дом печати. 2002. 280. Васильев А.В. Методика оценки эффективности функционирования радиотехни¬ ческих комплексов самолета радиолокационного дозора и наведения как сложной многофункциональной технической системы // Радиотехника. 2007. № 10. 281. Васильев А.В., Костров Д.Н., Климов Е.А., Расолько Н.М. Методика определения классов воздушных целей в бортовом радиоэлектронном комплексе перспектив¬ ного истребителя // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 5. 282. Васильев О.В., Меркулов В.И., Карев В.В. Управляемый радиолокационный поиск воздушных целей // Успехи современной радиоэлектроники. 2002. № 1. 283. Ведерников Ю.В. Современные методы системного анализа. СПб.: СПбИЭУ. 2007. 284. Вексин С.Н. Обработка радиолокационных сигналов в доплеровских головках са¬ монаведения. М.: МАИ. 2005. 285. Веневцева Г. С., Асанов С.В. Результаты работ по созданию авиационного лазерно¬ го комплекса ABL (США) и возможные варианты их использования // Успехи со¬ временной радиоэлектроники. 2015. № 3. 286. Верба B.C. Авиационный комплекс радиолокационного дозора и наведения в сис¬ теме перехвата гиперзвуковых объектов // Радиотехника. 2014. № 5. 287. Верба B.C. Авиационный комплекс радиолокационного дозора и наведения как элемент глобальной сетецентрической системы // Радиотехника. 2008. № 9. 288. Верба B.C. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Принципы построения, проблемы разработки и особенности функционирования. М.: Радиотехника. 2014. 289. Верба B.C. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Со¬ стояние и перспективы развития. М.: Радиотехника. 2008. 290. Верба B.C. Концептуальные подходы к построению информационно- управляющих систем воздушно-космической обороны нового поколения // Фазо¬ трон. 2011. № 3-4. 291. Верба B.C. Метод управления информативностью авиационного комплекса, взаи¬ модействующего с разнородными потребителями информации. М.: Радиотехника. 2006. 292. Верба B.C. Радиоэлектронные системы управления нового поколения. Теоретиче¬ ские проблемы разработки // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. № 5. 293. Верба B.C. Системные показатели авиационных радиоэлектронных систем управ¬ ления // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 4. 294. Верба B.C. (ред.) Системы радиоуправления. Кн. 1. Состояние и тенденции разви¬ тия систем радиоуправления. М.: Радиотехника. 2013. 295. Верба B.C., Аксенов О.Ю., Белоусов О.Б., Шевырев А.В. Обобщенная модель орга¬ низации процесса испытаний РЛС сложных систем вооружения при воздействии шшщтшщщщщ 682
активных непреднамеренных помех // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2014. № 2. 296. Верба B.C., Васильев А.В., Меркулов В.И., Чернов B.C. Радиолокационные систе¬ мы авиационных комплексов радиолокационного дозора и наведения // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 4. 297. Верба B.C., Васильев А.В., Меркулов В.И., Чернов B.C. Радиолокационные систе¬ мы беспилотных авиационных систем разведки, наблюдения и управления // Ус¬ пехи современной радиоэлектроники. 2013. № 4. 298. Верба B.C., Васильев А.В., Меркулов В.И., Чернов B.C. Радиолокационные систе¬ мы пилотируемых авиационных комплексов разведки наземных (надводных) це¬ лей и целеуказания // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 4. 299. Верба B.C., Гандурин В.А., Меркулов В.И. Стратегические, оперативные и такти¬ ческие факторы, влияющие на облик авиационного комплекса радиолокационного дозора и наведения // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2008. № 5. 300. Верба B.C., Капустян С.Г., Меркулов В.И., Харьков В.П. Оптимизация радиоэлек¬ тронных систем управления. Методы и алгоритмы синтеза оптимального управ¬ ления. Ч. 1. Классификация методов решения задачи оптимального управления. Метод динамического программирования. Принцип максимума Понтрягина // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2012. № 12. 301. Верба B.C., Капустян С.Г., Меркулов В.И., Харьков В.П. Оптимизация радиоэлек¬ тронных систем управления. Методы и алгоритмы синтеза оптимального управ¬ ления. Ч. 2. Прикладные методы и алгоритмы теории оптимального управления // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. № 3. 302. Верба B.C., Капустян С.Г., Меркулов В.И., Харьков В.П. Оптимизация радиоэлек¬ тронных систем управления. Методы и алгоритмы синтеза оптимального управ¬ ления. Ч. 3. Методы и алгоритмы обеспечения заданных свойств управляемых ди¬ намических объектов и систем // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. № 3. 303. Верба B.C., Липатов А.А., Федисов А.Н. Выявление групп воздушных объектов с учетом неопределенности их координат состояния // Успехи современной радио¬ электроники. 2014. № 1. 304. Верба B.C., Меркулов В.И. Динамичность систем радиоуправления // Фазотрон. 2013. №3. 305. Верба B.C., Меркулов В.И. Многопозиционные радиоэлектронные системы наве¬ дения. Возможности и перспективы // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2010. № 1. 306. Верба B.C., Меркулов В.И. (ред.) Системы радиоуправления. Кн. 2. Эффектив¬ ность систем радиоуправления. М.: Радиотехника. 2014. 307. Верба B.C., Меркулов В.И. Теоретические и прикладные проблемы разработки систем радиоуправления нового поколения // Радиотехника. 2014. № 5. 308. Верба B.C., Меркулов В.К, Миляков Д.А., Чернов B.C. Мобильные комплексы мо¬ ниторинга окружающего пространства // Электромагнитные волны и электронные системы. 2015. № 4. 309. Верба B.C., Меркулов В.И., Пляшечник А.С. Согласованное управление разноуда¬ ленными летательными аппаратами с заданной временной расстановкой вывода
на движущийся объект // Информационно-измерительные и управляющие систе¬ мы. 2015. № 8. 310. Верба B.C., Меркулов В.И., Попов Е.В., Чернов B.C. Интеграция данных в много- датчиковых бортовых информационно-управляющих системах // Информацион¬ но-измерительные и управляющие системы. 2014. № 2. 311. Верба B.C., Меркулов В.И., Соколов Д.А. Сопровождение интенсивно маневри¬ рующих целей инерционным угломером в системах одноразового применения // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 3. 312. Верба B.C., Татарский Б.Г. (ред.) Радиолокационные системы авиационно-косми¬ ческого мониторинга земной поверхности и воздушного пространства. М.: Радио¬ техника. 2014. 313. Веремъев В. Плавучие военные базы экспедиционных формирований морской пе¬ хоты США // Зарубежное военное обозрение. 2015. № 9. 314. Ветров В.В., Строгалев В.П. (ред.) Физические основы устройства и функциони¬ рования стрелково-пушечного, артиллерийского и ракетного оружия. Ч. II. Физи¬ ческие основы устройства и функционирования ракетного оружия. Тула: Гриф и К. 2007. 315. Викторов И., Лазуткин А. Тенденции развития бортовых систем РЭБ современ¬ ных тактических истребителей за рубежом // Фазотрон. 2008. № 1-2. 316. Виноградов М. Перспективные комплексы воздушной радиолокационной развед¬ ки ведущих зарубежных стран // Зарубежное военное обозрение. 2008. № 2. 317. Винъков М.М. Активная логика с точки зрения фундированной семантики логиче¬ ских программ с приоритетами // Сб. трудов IX нац. конф. по искусственному ин¬ теллекту КИИ-2004. М.: Физматлит. 2004. 318. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: СПбГПУ. 2003. 319. Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Тупиков В.А., Турнецкий Л.С. Анализ параметров моделей тепловых изображений морских сцен // Труды IX Всерос. на- уч.-практ. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Т. 4. СПб. 2006. 320. Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий Л.С. Выбор платформы разработки программных средств для отработки алгоритмов систем технического зрения беспилотных летательных аппаратов // Труды XIII Всерос. науч.-прак. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Том 4. СПб.: НПО СМ - РАРАН. 2010. 321. Волков В.Ю. Макаренко А.А. Рогачев В.А. Турнецкий Л.С. Обнаружение и выделе¬ ние объектов на оптикоэлектронных изображениях. «55 лет на службе Отечеству» ОАО «НПП «Радар ММС». СПб.: ООО «Изд-во «Логос». 2005. 322. Волков В.Ю., Макаренко А.А., Рогачев В.А., Турнецкий Л.С. Результаты статисти¬ ческой обработки изображений морских объектов // IX Междунар. науч.-техн. конф. «Кибернетика и высокие технологии XXI века». Воронеж. 2008. 323. Волков В.Ю., Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Методика и результаты анализа фо¬ ноцелевой обстановки с целью выделения объектов на тепловом изображении // Радиопромышленность. М.: 2014. № 2. 324. Волков Г.А., Иванов Д.С. Алгоритмы прогнозирования и фильтрации измеритель¬ ной информации в контуре управления зенитной управляемой ракеты // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 3.
325. Володин В.В. Сверхманевренность или новое качество авионики. Что делает само¬ лет истребителем 5-го поколения? // Фазотрон. 2011. № 1-2. 326. Волосюк В.К Физические основы дистанционного зондирования природных сред ра¬ диотехническими средствами аэрокосмического базирования. Харьков: ХАИ. 1997. 327. Волосюк В.К, Гуляев Ю.В., Кравченко В.Ф. Современные методы оптимальной обработки пространственно-временных сигналов в активных, пассивных и ком¬ бинированных активно-пассивных радиотехнических Системах // Радиотехника и электроника. 2014. № 2. 328. Волохатюк В.А., Кочетков В.М., Красовский P.P. Вопросы оптической локации. М.: Сов. Радио. 1971. 329. Воробьев В.И. Оптическая локация для радиоинженеров. М.: Радио и связь. 1983. 330. Воронов Е.М. Многокритериальный синтез позиционного управления на основе многопрограммной стабилизации. Ч 1-2 // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. №№ 2-3. 331. Воронов Е.М., Репкин А.П., Савчук А.М., Сычев С.И. Формирование структуры траекторного управления летательного аппарата и многокритериальной оптими¬ зации ее параметров // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 5. 332. Воротников С.А. Информационные устройства робототехнических систем. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. 333. Воскресенский Д., Овчинникова Е. Бортовые конформные активные фазированные антенные решетки. Состояние и проблемы. Пути развития // Фазотрон. 2012. № 1. 334. Гаврилин Е.В. Эпоха «классической» ракетно-космической обороны. М.: Техно¬ сфера. 2008. 335. Гагарин КЮ. Быстрые гиперкомплексные преобразования Фурье в расширениях поля рациональных чисел с длиной преобразования, факторизованной взаимно¬ простыми множителями // Труды СПбГТУ. Сер. Вычислительная техника, авто¬ матика, радиоэлектроника. 2000. № 480. СПб. 336. Гаенко В.П. Безопасность технических систем: методологические аспекты теории, методы анализа и управления безопасностью. СПб.: СВЕН. 2014. 337. Галяев Е.Р., Фуртат И.Б. Робастное субоптимальное управление линейными объектами по выходу // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2010. №8. 338. Гандурин В.А., Забелин И.В. Исследование оптимальных радиоэлектронных сис¬ тем управления с повышенной адаптацией к условиям применения // Радиотехни¬ ка. 2007. № 8. 339. Гандурин В.А., Меркулов В.И. Траекторное управление летательными аппаратами, обеспечивающее увеличение скрытности их наведения с авиационных комплек¬ сов РЛДН // Фазотрон. 2008. № 1,2. 340. Гандурин В.А., Меркулов В.И. Синтез оптимальных радиоэлектронных систем управления с повышенной адаптацией к условиям применения // Радиотехника. 2007. № 8. 341. Гандурин В.А., Садовский П.А. Исследование чувствительности алгоритма ко¬ мандного наведения самолетов на наземные цели к точности измерителей // Ра¬ диотехника. 2003. № 3. 342. Гасюк Д.П., Хрулев B.JI. Законы и принципы развития и функционирования сис¬ тем обеспечения ракетных войск и артиллерии ракетами и боеприпасами в совре¬ менных условиях // Изв. РАРАН. 2015. № 2. 685 |
343. Гелъфанд Б.Е., Силъников М.В. Фугасное действие взрывов. СПб.: Астерион. 2007. 344. Гилой В. Интерактивная машинная графика. М.: Мир. 1981. 345. Гиндранков В.В., Дод В.Н., Король В.М., Столяров О.Г. Формирование иерархии обобщенных и частных показателей эффективности информационно-управляю- щих систем воздушного базирования // Радиотехника. 2008. № 9. 346. Гирик А.В., Жигулин Г.П. Принципы формирования профиля нормального функ¬ ционирования объектов мониторинга в задачах обнаружения сетевых аномалий // Труды СПИИРАН. 2013. № 4. 347. Гисин В.В., Цаленко М.Ш. Алгебраическая теория систем и ее приложения. Ч. 1-2 // В кн. Системные исследования. Методологические проблемы. Ежегодник. М.: Наука. 1984, 1985. 348. Гладун В.В., Котов А.В., Криворучко В.К, Павлов Р.А., Пирогов Ю.А., Тищенко Д.А. Система ближнего пассивного радиовидения 3-мм диапазона. М.: МГУ. Центр магнитной томографии и спектроскопии. 2010. 349. Глебов В.В. Основные проблемы и направления защиты боевых бронированных машин с использованием систем обнаружения электромагнитного излучения // Механика и машиностроение. 2012. № 2. 350. Глушков А.Н., Кравцов Р.Н., Митрофанов A.JI. Модель локационного наблюдения оптикоэлектронных средств в случайно-неоднородной среде // Информационно¬ измерительные и управляющие системы. 2006. № 7. 351. Голиков И.Ю., Левша А.В., Печурин В.В., Шашлов В.А. Адаптивные цифровые ра¬ диоприемные системы комплексов радиомониторинга // Антенны. 2014. № 11. 352. Голован А.А., Парусников НА. Математические основы навигационных систем. В двух частях. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова. 2010-2011. 353. Головин С.А., Сизов Ю.Г., Скоков АЛ., Хунданов Л.Л. Высокоточное оружие и борьба с ним. М.: В.П.К. 1996. 354. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера. 2005. 355. Горлачева Е.Н., Омельченко И.Н. Трансфер технологий // Нелинейный мир. 2014. №3. 356. Горохов В.Г. Методологический анализ развития научно-технических дисциплин на примере теоретической радиолокации // Системные исследования. Методоло¬ гические проблемы. Ежегодник 1983. М.: Наука. 1983. 357. Горчица Г., Локарев А. Боевое применение противорадиолокационных ракет клас¬ са «воздух-земля» // Зарубежное военное обозрение. 1989. № 12. 358. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение. М.: Мир. 1988. 359. ГОСТ РВ 0101-001-2007. Эксплуатация и ремонт изделий военной техники. Тер¬ мины и определения. Введен 01.01.2008. М.: Стандартинформ. 2008. 360. ГОСТ РВ 52413-2005. Части радиолокационных станций военного назначения со¬ ставные функциональные. Термины и определения. М.: Стандартинформ. 2006. 361. ГОСТ РВ 52414-2005. Средства радиолокационные. Термины и определения. М.: Стандартинформ. 2006. 362. Градов А. Деятельность Североатлантического Союза в сфере кибербезопасности // Зарубежное военное обозрение. 2014. № 7. 363. Граничин О.Н., Поляк Б. Т. Рандомизированные алгоритмы оценивания и оптими¬ зации при почти произвольных помехах. М.: Наука. 2003.
364. Гребенников В.Б., Меркулов В.И., Тетеруков А.Г Двухэтапное оценивание коор¬ динат и скорости цели в многопозиционной РЛС с произвольным числом пози¬ ций // Радиотехника. 2010. № 4. 365. Гребнев О.Н., Корсун О.Н. Синтез сигналов управления летательным аппаратом на основе методов идентификации // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2008. № 8. 366. Грибков В.Ф., Овчинникова Т.В., Слатин В.В. Применение методов томографии при синтезировании апертуры БРЛС для обеспечения решения задач «радиовиде¬ ния» целей плотной группы и распознавания их типа // Сб. докладов XVIII НТК. Жуковский: ОАО «НИИП им. В.В. Тихомирова». 2005. 367. Грузман КС., Киричук B.C., Косых В.П., Перетягин Г.И. Спектор А.А. Цифровая обработка изображений в информационных системах. Новосибирск: НГТУ. 2000. 368. Гудков А.Г. Радиоаппаратура в условиях рынка. Комплексная технологическая оптимизация. М.: Сайнс-Пресс. 2008. 369. Гузевич С.Н. Локационные измерения и их погрешности // Измерительная техни¬ ка. 2015. №8. 370. Гузенко О.В., Катулев А.Н., Игольников Я.С., Храмичев А.А., Нониашвили М.И. Метод обнаружения летательных аппаратов пассивными оптикоэлектронными средствами на сложном фоне // Радиотехника. 2013. № 11. 371. Гуляев Ю.В., Лагарьков А.Н., Никитов С.А. Метаматериалы: фундаментальные исследования и перспективы применения // Вестник РАН. 2008. № 5. 372. Гуртовник И.Г., Соколов В.И., Трофимов Н.Н., Шалгунов С.Г. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков. М.: Мир. 2002. 373. Гурченков Д.А., Жендарев М.В., Набатчиков А.С., Якименко И.В. Способ обнару¬ жения точечных тепловых объектов на сложном атмосферном фоне // Математи¬ ческая морфология. 2012. № 3. 374. Гуськов Ю.Н., Жибуртович Н.Ю., Абраменков В.В., Чижов А.А., Савинов Ю.И., Климов С.А. Общий подход к оценке координат и параметров движения группо¬ вой радиолокационной цели // Радиотехника. 2004. № 8. 375. Гуськов Ю., Савостьянов В., Самарин О. Малогабаритные РЛС для летательных аппаратов // Радиоэлектронные технологии. 2015. № 3. 376. Дамодаран А. Инвестиционная оценка. М.: Альпина Бизнес Букс. 2004. 377. Даниленко Д.А. Оптические внутримодульные межсоединения - неотъемлемая часть перспективных изделий СВЧ-электроники // Успехи современной радио¬ электроники. 2015. № 5. 378. Даринцев О.В. Мигранов А.Б. Построение распределенных систем управления комплексами разнородных объектов // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2007. № 12. 379. Двойное В.Н. Совершенствование механизма силового стратегического сдержива¬ ния доядерных фаз развития межгосударственных конфликтов на основе потен¬ циала морских сил общего назначения // Труды XVII Всерос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Т 4. 2014. 380. Дворкин В.З. Трансформация стратегической стабильности // Мировая экономика и международные отношения. 2013. № 8. 381. Дегтярев С.В., Халин Ю.А., Лисицин Л.А., Старков В.Е. Формализация описания неопределенности в информационных системах на основе теории нечетких мно¬ жеств // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. № 8.
382. Дейст Дж., Уомбл Дж. Революции в разработке усовершенствованных систем наведения // Аэрокосмическая техника. 1991. № 4. 383. Демидов Б. А. (ред.) Системно-концептуальные основы методологии военно¬ научных исследований и решения прикладных военно-технических проблем. Кн. 1-3. Тверь. 2014. 384. Демидов В.Е. Как мы видим то, что видим. М.: Знание. 1987. 385. Джанджгава Г.И., Бражник В.М., Рогалев А.П. Построение базовой структуры интегрированных комплексов бортового оборудования летательных аппаратов на основе объектно-ориентированного подхода // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2000. № 9. 386. Джашитов В.Э., Панкратов В. М. Датчики, приборы и системы авиа-космиче- ского и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор». 2005. 387. Джашитов В.Э., Панкратов В.М., Голиков А.В. Общая и прикладная теория гиро¬ скопов с применением компьютерных технологий. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Элек¬ троприбор». 2010. 388. Джеванширов П.Ф. Коррекция траектории полета зенитной управляемой ракеты на пассивном участке // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 3. 389. Дмитриев А.В. Архитектура системы комплексной обработки информации от разнотипных источников // Информационно-измерительные и управляющие сис¬ темы. 2015. № 11. 390. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Информационная надежность, конт¬ роль и диагностика навигационных систем. СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Элект¬ роприбор». 2003. 391. Дмитриев С.П., Степанов О.А., Ривкин Б.С., Кошаев Д.А., Чанг Д. Оптимальное решение задачи автомобильной навигации с использованием карты дорог // Гиро- скопия и навигация, 2007. № 3. 392. Добрякова И.И., Подшибякина Н.П., Фесъков А.В. Отображение первичной ин¬ формации на рабочем месте оператора многофункционального радиолокатора // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 3. 393. Добыкин В Д., Куприянов А.И., Пономарев В.Г., Шустов Л.Г. Радиоэлектронная борьба. Силовое поражение радиоэлектронных систем. М.: Вузовская книга. 2007. 394. Долинин Н.А., Терпухов А.Ф. Статистические методы в оптической локации. Томск: Изд-во ТГУ. 1982. 395. Донцов А.А., Чернухо И.И. Исследование алгоритма управления помеховыми воз¬ действиями, приводящими к прерыванию команд в системе самонаведения // Ра¬ диотехника. 2014. № 9. 396. Донцов А.А., Юхно П.М. Синтез и анализ алгоритмов адаптивного управления помехами // Радиотехника. 2004. № 5. 397. Драч В.Е., Родионов А.В. Перспективные технологии производства элементной базы телекоммуникационных устройств // Электромагнитные волны и электрон¬ ные системы. 2014. № 8. 398. Дремов А. Разработка в США специализированных взрывчатых смесей для авиа¬ ционных средств поражения // Зарубежное военное обозрение. 2010. № 10. 399. Дрогалин В.В., Меркулов В.И., Радоминов О.Е. Обоснование требований к точно¬ сти измерителей систем самонаведения // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 2.
400. Дубровин Б. А. и др. Современная геометрия. Методы и приложения. М.: Наука. 1979. 401. Дулевич В.Е. Информационные свойства радиолокационных систем. JL: ЛВИКА. 1970. 402. Егоров Е.А. Синтез оптимальных алгоритмов траекторного управления в системе комбинированного наведения // Антенны. 2014. № 10. 403. Егоров К. Разработка за рубежом высокоточного оружия на базе неуправляемых ракет. Зарубежное военное обозрение. 2009. № 9. 404. Егупов НД. (ред.) Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управле¬ ния. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2001. 405. Елисеев А.В., Музыченко Н.Ю. Метод адаптивной настройки фильтра Калмана в задаче слежения за динамическим объектом с неизвестным ускорением // Радио¬ техника. 2014. № 8. 406. Емельянов С.Г., Титов B.C., Бобырь М.В. Автоматизированные нечетко-логиче¬ ские системы управления. М.: Инфра-М. 2011. 407. Емельянцев Г.И. Основы навигации. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор». 2003. 408. Еремеев В.В. Современные проблемы обработки данных дистанционного зонди¬ рования Земли // Радиотехника. 2012. № 3. 409. Еремеев Г.К. Основные тенденции развития ракетного и артиллерийского оружия надводных кораблей Российского Флота // Морская радиоэлектроника. 2003. № 1. 410. Ермоленко В.П., Митрофанов Д.Г., Коваленков Н.Н. Учет вида зондирующего сигнала и архитектурных особенностей радиолокационных целей при определе¬ нии потенциальных возможностей их распознавания // Зарубежная радиоэлектро¬ ника. 1996. №11. 411. Ерохин Е.И., Чабанов В.А. Современные средства воздушной разведки и наблю¬ дения США // Научно-техническая информация. Сер. Авиационные системы. М.: НИЦ ГосНИИАС. 2014. № 6. 412. Ерошенков М.Г. Радиолокационный мониторинг. М.: МАКС-ПРЕСС. 2004. 413. Ершов Ю.Л., Палютин Е.А. Математическая логика. М.: Наука. 1979. 414. Ерыгин А.А., Житенев С.А., Коротун В.Н. Метод интеллектуальной обработки данных оценки местности в интересах определения районов для передвижения и размещения специальной техники различного назначения // Теория и практика радиосвязи, ОАО «Концерн «Созвездие». 2014. № 1. 415. Ефанов В., Мужичек С., Корзун М. Оценка эффективности поражающего дейст¬ вия боеприпасов при проведении их наземных испытаний // Фазотрон. 2014. № 2. 416. Ефимов Н.В. Краткий курс аналитической геометрии. М.: Наука. 1969. 417. Ефремов В.А. Противокорабельные ракеты ГНПЦ «Звезда-Стрела» - высокоточ¬ ное оружие морского боя // Морская радиоэлектроника. 2002. № 3. 418. Ечин П.А., Федосеева Е.В., Молотков А.А. Реализация программно-аппаратурного метода в модуляционных радиометрических системах. Муромский ин-т Влади¬ мирского университета. 2012. 419. Жигулин Г.П. Моделирование и прогнозирование информационных угроз, как со¬ ставная часть концепции информационной безопасности РФ // Вестник Россий¬ ской ракетно-артиллерийской академии наук. 2010. № 4. 420. Жигулин Г.П. Мониторинг ресурсов и прогнозирование поля угроз систем защиты информации // Морской Вестник. 2011. № 1. wm 689 в
421. Жигулин ГГ. Управление информационной безопасностью на основе теории экс¬ пертных систем // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. №6. 422. Жигулин Г.П., Сарычев В.А. Системы самонаведения и мониторинга окружающей среды. Ч. 1-4. СПб.: С-ПГУИТМО. 2006-2010. 423. Жигулин Г.П., Созинова Е.Н. Метод прогнозирования в области информационной безопасности // В мире научных открытий. 2012. № 8. 424. Жиляев А.А. Возможности и перспективы применения корабельных оптикоэлек¬ тронных систем // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 9. 425. Журавлев А.В. Теория управления развитием вооружения. Основы общей теории развития вооружения. М.: BA РВСН. 2002. 426. Журавлев А.В., Безмага В.М., Смолин А.В. Оптимальный алгоритм совместной об¬ работки информации от разнородных навигационных датчиков // Радиотехника. 2014. №6. 427. Завалий Н.Г. Рубежи обороны в космосе и на земле. МП: Вече. 2003. 428. Зайцев Д.В. Игровая модель управления наблюдением в многопозициональной РЛС в условиях неполной информации // Радиотехника. 2005. № 5. 429. Зайцев Д.В. Многопозиционные радиолокационные системы. Методы и алгорит¬ мы обработки информации в условиях помех. М.: Радиотехника. 2007. 430. Зайцев Д.Ф. Приемо-передающие модули АФАР на основе аналоговой фотоники // Фазотрон. 2013. № 3. 431. Зайцев Д.В., Павлов В.И. Управление структурой информационной подсистемы РЛС в изменяющихся условиях функционирования // Успехи современной радио¬ электроники. 2008. № 9. 432. Замятин В.И., Ключников А.С., Швец В.И. Антенные обтекатели. М.: Изд-во БГУ. 1980. 433. Захаров В.Н. Вопросы эффективной реализации технологии виртуальных машин // Наукоемкие технологии. 2007. № 2. 434. Захаров ИГ. Основные направления качественного развития кораблей, вооружения и военной техники как единой системы // Морская радиоэлектроника. 2002. № 1. 435. Захаров ИГ, Обносов Б.В. Основные проблемы развития комплексов противоко¬ рабельных ракет // Морская радиоэлектроника. 2004. № 2. 436. Звежинский С.С., Иванов В.А. Классификация и информационно-измерительные модели средств обнаружения // Специальная техника. 2007. № 6. 437. Звелто О. Принципы лазеров. СПб.: Лань. 2008. 438. Зверев Г.М., Голяев ЮД. Лазеры на кристаллах и их применение. М.: Радио и связь. 1994. 439. Зверев С.Э. Проблема терминоупотребления в военной речи // Труды XVII Все- рос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Т. 4. СПб. 2014. 440. Зебзеев А.А., Ионкин А.А., Неплюев О.Н., Шевчук В.И., Игольников С.С. Метод за¬ щиты радиолокационной станции от поражения самонаводящимся по излучению оружием // Радиотехника. 2015. № 3. 441. Зеленюк Ю.И, Костяшкин А.Н., Семенков В.П., Стрепетов С.Ф., Бондаренко А.А. Лазерно-лучевая система наведения управляемого оружия // Мир авионики. 2008. № 1.
442. Иванов В.П., Батраков А. С. Трехмерная компьютерная графика. М.: Радио и связь. 1995. 443. Иванов В.П., КуртВ.И, Овсянников В.А., Филиппов В.Л. Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов. Казань: ФНПЦ НПО ГИПО. 2006. 444. Иванов С. (ред.) Оружие и технологии России. Энциклопедия, XXI век. Авиаци¬ онное вооружение и авионика. Т. 10. М.: Издательский дом «Оружие и техноло¬ гии». 2005. 445. Иванов Ю.А. Комплексированная навигационная система на базе бесплатформен- ной инерциальной навигационной системы и корреляционного измерителя скоро¬ сти и сноса // Вестник Концерна ПВО «Алмаз-Антей». 2015. № 2. 446. Игнатов А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства. М.: Эко-Тренд. 2006. 447. Игнатьев Н.К. Дискретизация и ее приложения. М.: Связь. 1980. 448. Ильчук А.Р., Меркулов В.И, Самарин О.Ф., Юрчик И.А. Влияние интенсивного маневрирования целей на показатели эффективности системы первичной обра¬ ботки сигналов в бортовых РЛС // Радиотехника. 2003. № 6. 449. Ильчук А.Р., Меркулов В.И, Юрчик И.А. Особенности обнаружения сигналов бор¬ товых РЛС при наблюдении интенсивно маневрирующих целей // Радиотехника. 2004. № 8. 450. Иммореев И.Я. Сверхширокополосные радары. Особенности и возможности // Ра¬ диотехника и электроника. 2008. № 1. 451. Исаков Е.Е. Устойчивость военной связи в условиях информационного противо¬ борства. СПб.: Политехнический университет. 2009. 452. Ищук И.Н., Громов Ю.Ю., Самхарадзе Т.Г., Фесенко А.И Обработка изображений в инфракрасном диапазоне волн на основе идентификации тепловых свойств скрытых подповерхностных объектов // Инженерная физика. 2009. № 2. 453. Ищук И.Н., Михайлов В.В., Парфиръев А.В. Численное решение задачи теплопро¬ водности при исследовании ИК-сигнатур объектов специального мониторинга // Нелинейный мир. 2014. № 3. 454. Кабиров Р.С., Филонов Л.И, Тихонов А.Ю. Организация навигационно¬ гидрографического и гидрометеорологического обеспечения боевых действий со¬ единений кораблей ВМФ. СПб.: ВМоРА им. Н.Г. Кузнецова. 2004. 455. Калашников М. Новая военная доктрина США. Запуганность и вдохновение // Но¬ вый оборонный заказ. 2010. № 1-2. 456. Калинин В.Н. Математическая модель информационного взаимодействия косми¬ ческого аппарата с поверхностью Земли // Труды СППИРАН. 2014. № 3. 457. Калинин В.Н. Четыре фундаментальные проблемы системных исследований // Труды ВКА им. А.Ф. Можайского. 2012. № 633. 458. Калинин В.Н., Охтилев М.Ю., Соколов Б.В. Мультиагентная интерпретация кон¬ цепции активного подвижного объекта // Вестник Кабардино-Балкарского науч¬ ного центра РАН. 2011. №1. 459. Канащенков А.И. Выбор и обоснование метода оптимизации структуры системы управления вооружением многофункционального самолета // Радиотехника. 2004. №8. 460. Канащенков А.И. Расширение информационных возможностей бортовых РЛС на основе концепции траекторного управления наблюдением // Радиотехника. 2003. №9.
461. Канащенков А.И., Корчагин В.М., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Маневренность и бортовые радиолокационные системы // Радиотехника. 2002. № 5. 462. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Живучесть радиолокационных систем и проблемы ее повышения // Радиотехника. 2006. №11. 463. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Облик перспективных бортовых радиолокационных систем. Возможности и ограничения. М.: ИПРЖР. 2002. 464. Караваев В.В., Сазонов В.В. Статистическая теория пассивной локации. М.: Радио и связь. 1987. 465. Карапетян P.M., Зледенный Н.П. Методика оценки действий оператора как цен¬ трального звена контуров управления и формирования программы тренировок // Радиотехника. 2003. № 5. 466. Карманов А.Г., Макаренко А.А. Бионический метод построения бортовой аппара¬ туры анализа оптоэлектронных и радиолокационных изображений. Информация и космос // Санкт-Петербург. 2014. № 1. 467. Карсаев О.В. Сетецентрические системы и многоагентные технологии // Материа¬ лы науч.-техн. семинара «Управление в распределенных сетецентрических и мультиагентных системах». СПб. 2010. 468. Катенин В., Чубыкин А., Бойков А., Катенин А. Лазерные технологии в навигаци¬ онно-гидрографическом обеспечении кораблевождения // Морской сборник. 2015. № 11. 469. Кашин В.М., Лифшиц А.Л. Методологические основы проектирования перенос¬ ных зенитных ракетных комплексов. М.: Наука. 2013. 470. Квасное А.В. Анализ прогнозируемых ошибок измерений дискретной следящей системы с использованием метода линеаризации при отслеживании высокоманев¬ ренных целей // Изв. вузов России. Сер. Радиоэлектроника. 2014. № 3. 471. Квасное А.В. Синтез оптимального регулятора для управления движения бортовой радиолокационной системы при отслеживании сверхзвуковых целей // Информа¬ ционно-измерительные и управляющие системы. 2015. № 2. 472. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. СПб.: Питер; Ки¬ ев: Издательская группа BHV. 2004. 473. Киклееич А.О., Хлюпина Е.А., Жигулин Г.П. Определение ключевых параметров при построении апостериорной модели угроз безопасности информации // Науч¬ но-технический вестник Поволжья. 2015. № 2. 474. Кирсанов А.П. Оценивание вероятности обнаружения воздушного объекта борто¬ вой доплеровской РЛС при движении по скрытной траектории // Информационно¬ измерительные и управляющие системы. 2015. № 5. 475. Кирсанов Е.А., Сирота А.А. Обработка информации в пространственно-распре- деленных системах радиомониторинга: статистический и нейросетевой подходы. М.: Физматлит. 2012. 476. Климов Е.А., Попов Е.В., Хоружий С.В. Особенности адаптивного оценивания тактико-технических характеристик многофункционального авиационного ком¬ плекса радиолокационного дозора и наведения при имитационном и полунатур- ном моделировании // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 5. 477. Князев В.О., Поздняков А.А. Повышение вероятности распознавания звезд путем комплексирования звездного датчика и МЭМС-гироскопа // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 1. 692
478. Ковалев Б. М. Перспективные программы разработки вооружения и военной тех¬ ники в США на период 2010-2020 гг. М.: ОАО «Авиакосмические технологии». 2010. 479. Козаръ В.Б., Ляшук И.Ю. Современный подход к определению понятия «высоко¬ точное оружие» // Фазотрон. 2014. № 1. 480. Козинцев В.И., Белов М.Л., Орлов В.М. Основы импульсной лазерной локации. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002. 481. Козирацкий Ю.Л. (ред.) Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов. М.: Радиотехника. 2015. 482. Козирацкий Ю.Л., Донцов А.А., Иванцов А.В., Козирацкий А.Ю., Кусакин О.В., Кугиев С. С., Лысиков В.Ф., Мазилов С.Л., Паринов М.Л., Прохоров Д.В. Модели пространственного и частотного поиска. М.: Радиотехника. 2014. 483. Козирацкий Ю.Л., Юхно П. М. Синтез оптических помех // Радиотехника. 2008. № 8. 484. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн (в трех томах). М.: Радиотехника. 2005-2007. 485. Козлов А.Н. Анализ деградационного воздействия СВЧ излуч<ения на элементы и устройства вычислительной техники и систем управления объектами авиационно- космической техники // Вестник РГРТУ. 2007. № 21. 486. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Шашихин В.Н., Шилов Е.В., Ларионов М.Б. Бортовые системы управления полетом. СПб.: СПбГТУ. 1999. 487. Колесов Н.В., Толмачева М.В., Юхта ИВ. Системы реального времени. Планиро¬ вание, анализ, диагностирование. М. 2013. 488. Кондратенков Г.С. (ред.) Авиационные системы радиовидения. М.: Радиотехни¬ ка. 2015. 489. Кондратенков Г.С., Колтышев Е.Е., Фролов А.Ю., Янковский В.Т. Фазовый порт¬ рет объектов в РЛС с синтезированной апертурой // Радиолокационные системы и системы управления. 2000. № 8. 490. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дис¬ танционного зондирования Земли. М.: Радиотехника. 2005. 491. Кондратьев Л. Реализация концепций «сетецентрическая война» в ВМС США // Зарубежное военное обозрение. 2009. № 6. 492. Конышев В.Н., Сергунин А.А. Развитие системы противоракетной обороны США и безопасность России // Пленарные доклады XVIII Всерос. науч.-практ. конф. «Ак¬ туальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2015. 493. Копаное А.А., Китаев С.В., Грехов А.А., Татаркин А. С. Перспективы комплексной обработки информации о надводной и воздушной обстановке на соединении над¬ водных кораблей // Морская радиоэлектроника. 2004. № 2. 494. Копылов А.В. Словарь терминов, используемых в концепции «Сетецентрическая война» Вооруженных Сил США. М.: Академия ГШ ВС РФ. 2010. 495. Коренной А.В. (ред.) Обнаружение, распознавание и определение параметров об¬ разов объектов. М.: Радиотехника. 2012. 496. Коржавин Г.А., Никольцев В.А. ЦНИИ «Гранит» - кораблям и флоту // Военный парад. 2002. № 2. 497. Коржавин Г.А., Никольцев В.А., Подоплекин Ю.Ф., Симоновский И.В., Шаров С.Н. Интегрированные системы управления ракетным вооружением корабля. 55 лет на службе Отечеству: Сборник материалов к юбилею предприятия. СПб.: ОАО «НПП «Радар ММС». 2005.
498. Коробкин П.А., Макаренко А. А., Тупиков В.А., Турнецкий J1.C. Возможности ис¬ пользования трехмерных графических моделей морских надводных объектов при создании многоканальных систем обнаружения и распознавания // Труды IX Все- рос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб.: НПО СМ - РАРАН. 2006. Т. 4. 499. Королев В.Ю., Бенинг В.Е., Шоргин С.Я. Математические основы теории риска. М.: Физматлит. 2007. 500. Коротков В.Ф., Клигиин А.В., Петров А.Ю. Алгоритм временной селекции им¬ пульсных последовательностей в станции радиотехнического контроля // Успехи современно радиоэлектроники. 2015. № 7. 501. Косачев ИМ., Степанов А.А. Современное состояние и перспективы развития авиационных высокоточных средств поражения // Вестник Военной Академии республики Беларусь. 2005. № 4. 502. Косачев ИМ., Степанов А.А., Черный Ю.Н. Основы боевого применения проти- ворадиолокационных ракет // Армия. 2003. № 5. 503. Косачев И.М., Степанов А.А., Черный Ю.Н. Противорадиолокационные ракеты зарубежных государств // Армия. 2003. № 4. 504. Косовская Т.М. Подход к решению задачи построения многоуровневого описания классов на языке исчисления предикатов // СПб.: Труды СПИИРАН. 2014. № 3. 505. Костин А.А., Костин В.А., Гордин А.Н. Критерии качества измерения параметров идентификации источников радиоизлучений при эксплуатации и применении средств радиомониторинга // Радиотехника. 2015. № 3. 506. Костоглотов А.А., Кузнецов А.А., Мурашов А.А. Сравнительная оценка характери¬ стик фильтра объединенного принципа максимума и вариантов реализации фильтра Калмана при сопровождении маневрирующей цели // Радиотехника. 2014. № 8. 507. Кострикин А.И, Манин Ю.И. Линейная алгебра и геометрия. М.: Наука. 1986. 508. Кочубей С. Совершенствование противокорабельного ракетного комплекса «Гар¬ пун» // Зарубежное военное обозрение. 1990. № 7. 509. Кошелев В.И. Многоканальная доплеровская фильтрация радиолокационных сиг¬ налов // Радиотехника. 2012. № 3. 510. Кошелев В., Белокуров В., Козлов Д. Обнаружение маневрирующих целей. Совре¬ менные тенденции развития // Радиоэлектронные технологии. 2015. № 3. 511. Кравцов Н.В. Основные тенденции твердотельных лазеров с полупроводниковой накачкой // Квантовая электроника. 2001. № 8. 512. Кравченко В.А. (ред.) Морская радиоэлектроника: Справочник. СПб.: Политехни¬ ка. 2003. 513. Кравченко В.Ф. (ред.) Цифровая обработка сигналов и изображений в радиотех¬ нических приложениях. М.: Физматлит. 2007. 514. Красильщиков М.Н., Себряков Г.Г. Управление и наведение беспилотных манев¬ ренных летательных аппаратов на основе современных информационных техно¬ логий. М.: Физматлит. 2003. 515. Краснов А.М (ред.) Авиационные прицельно-навигационные системы. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 2006. 516. Краснов А.М. Оптико-электронные системы авиационного вооружения. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 2007.
517. Краснов A.M., Моисеев А.Г. Интегрированные интерактивные авиационные при¬ цельные системы. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 2003. 518. Краснов А.М., Моисеев А.Г. Основные закономерности и перспективы развития бортовых автоматизированных систем управления летательных аппаратов // Ин¬ формационно-измерительные и управляющие системы. 2003. № 5. 519. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия-Телеком. 2002. 520. Крыжевич Л.С., Сизов А.С. Возможности электронного и кибернетического воз¬ действия беспилотных летательных аппаратов на наземные средства коммуника¬ ции // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. № 2. 521. Крюковский А. С. Теоретическое описание и математическое моделирование фо¬ кусировки электромагнитных полей в метаматериалах // Успехи современной ра¬ диоэлектроники. 2014. № 8. 522. Кудашев B.C., Савостьянов В.Ю., Самарин О.Ф. Малогабаритные бортовые РЛС. Реалии и перспективы // Фазотрон. 2014. № 2. 523. Кудряшов Г.Г., Остапенко О.Н. Метод оптимальной комплексной обработки ин¬ формации от различных источников // Радиотехника. 2012. №11. 524. Кузык Б.Н., Яковец Н.В. Россия-2050: Стратегия инновационного прорыва. М.: Экономика. 2004. 525. Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Киев: КВ1Ц. 2000. 526. Кулешов С.В. Проблемы квантовой инфокоммуникации // Труды СПИИРАН. 2013. №4. 527. Кулешов С.В. Пространственно-временное представление, обработка и компрес¬ сия видеопотока // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2008. № 4. 528. Кулешов С.В., Зайцева А.А., Аксенов А.Ю. Ассоциативно-пирамидальное пред¬ ставление данных // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2008. № 4. 529. Куликов А. Война в едином информационном пространстве // Воздушно-косми- ческая оборона. 2008. № 2. 530. Куликов Г.В., Карпов М.А., Берикашвили В.Ш., Егорова Е.В., Панков А.В., Матве¬ ев А.Ю. Элементы ВО Л С с частотным уплотнением каналов на СВЧ-несущей // Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. № 1. 531. Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба. История, современность и перспективы // Фазотрон. 2011. № 1-2. 532. Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Пути повышения точности волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2012. № 1. 533. Кутахов В.П. Интегрированные системы и комплексы // Радиотехника. 1996. № 9. 534. Кутахов В.П., Петухов А.В., Сидорин В.М., Сухарь И.М. Авиационные лазерные и оптикоэлектронные системы. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 2003. 535. Кучеренко Е.И., Павлов Д.А. Некоторые аспекты анализа развития нечетких онто¬ логий. Донецк: Искусственный интеллект. 2005. 536. Лавров А.А. Авиационные обзорные радиолокаторы. Методы и алгоритмы про¬ странственно-временной обработки сигналов. М.: Радиотехника. 2015. 537. Лавров А.А. Радиолокационный скоростной портрет. Основы теории. М.: Радио¬ техника. 2013.
538. Лавров А.А., Толстое Е.Ф. Радиолокационный мониторинг земной поверхности и океана // Радиотехника. 1997. № 1. 539. Ладыгин А.К Анализ сигнатур. М.: Университетская книга. 2008. 540. Лазарев Л.П. Оптикоэлектронные приборы наведения. М.: Машиностроение. 1989. 541. Лазуткин А. БРЛС с АФАР европейских истребителей // Фазотрон. 2011. № 3-4. 542. Лазуткин А.Б. Тенденции развития авиационных средств поражения в Китае // Фазотрон. 2014. № 2. 543. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. М.: ООО «Бином-Пресс». 2006. 544. Ларина Е., Овчинский В. Мировойна. Все против всех. Новейшие концепции бое¬ вых действий англосаксов. М.: Книжный мир. 2015. 545. Лебедев Г.Н. (ред.) Системы управления летательными аппаратами. М.: МАИ. 2007. 546. Левшин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации. М. Ма¬ шиностроение. 1978. 547. Левшин В.Л. Пространственная фильтрация в оптических системах пеленгации. М.: Сов. радио. 1971. 548. Лепехина Т.А., Николаев В.И. Разработка и особенности использования активно¬ го транспондера для наземных и летных испытаний, калибровки и валидации космических РСА // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. №3. 549. Лепин В.Н. (ред.) Многофункциональные радиолокационные комплексы истреби¬ телей. М.: Радиотехника. 2014. 550. Листратов А.В., Сидоров В.И. Корабельные оптикоэлектронные системы. М.: МИРЭА. 2007. 551. Лиханский С.Г. Модифицированный алгоритм Omega-KA синтеза радиолокаци¬ онных изображений повышенной точности в прожекторном режиме в космиче¬ ских РСА и его баллистическое обеспечение // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 2. 552. Ллойд Дж. Системы тепловидения. М.: Мир. 1978. 553. Лобанов B.C., Тарасенко Н.В., Зборошенко В.Н. Направления развития систем ориентации и стабилизации космических аппаратов различного назначения // Ги- роскопия и навигация. 2015. № 2. 554. Лобанов B.C., Тарасенко Н.В., Шульга Д.Н., Зборошенко В.Н., Беляев Б.К. Пер¬ спективные астроинерциальные системы управления астрофизических космиче¬ ских аппаратов //Гироскопия и навигация. 2013. № 3. 555. Ловцов Д.А. Информационная теория эргасистем: Тезаурус. М.: Наука. 2005. 556. Лоскутов А.Ю., Михайлов А. С. Основы теории сложных систем. М.-Ижевск: НИЦ «РХД». 2007. 557. Лукьянов Д.П. Лазерные и волоконно-оптические гироскопы. Состояние и тен¬ денции развития // Гироскопия и навигация. 1998. № 4. 558. Лучинин В.В. Формирование шестого технологического уклада. Эволюция техно¬ сферы // Биотехносфера. 2011. № 1-2. 559. Лысенко Л.Н. Наведение и навигация баллистических ракет. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана. 2007. 560. Люгер Д.Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем. М.: Издательский дом «Вильямс». 2003. I 696 1
561. Магницкий Н.А. Теория динамического хаоса. М.: ЛЕНАНД. 2011. 562. Макаренко А.А. Построение бортовой системы обработки оптоэлектронных и радиолокационных изображений на основе моделирования зрительного анали¬ затора живых существ // Современные проблемы науки и образования в техни¬ ческом вузе. Материалы II Междунар. науч.-практ. конф. 25-27 июня 2015 г. Стерлитамак. Ч. 1. 563. Макаренко А.А. Применение параллельной ориентированной спектральной обра¬ ботки при цифровом распознавании прямолинейных границ между фрагментами изображения // IX Междунар. науч.-техн. конф. «Распознавание-2010», г. Курск. 2010 г. 564. Макаренко АЛ. Сплайн-интерполяция при распознавании образов в корреляцион¬ но-экстремальных системах конечного наведения // Радиопромышленность. 2014. Вып. 2. 565. Макаренко А.А., Турнецкий JI.C. К вопросу коррекции проективных искажений оптикоэлектронного аэроснимка // XII Междунар. науч.-техн. конф. «Радиолока¬ ция, навигация, связь». Воронеж. 2006. 566. Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Коррекция проективных искажений изображений при маловысотной оптикоэлектронной аэросъемке // Изв. вузов. Сер. Приборо¬ строение. 2008. № 5. 567. Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Метод ориентированной фильтрации изображе¬ ний для распознавания текстур в высокоточных системах наведения // Вопросы оборонной техники Сер. 9. М.: НПО Специальных материалов. 2012. № 5. 568. Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Моделирование метода коррекции геометриче¬ ских искажений теплового изображения // Математическое моделирование в об¬ разовании, науке и производстве. Материалы IV Междунар. НПК. Тирасполь. 5-9 июня 2005 г. Тирасполь: ПГУ. 2005. 569. Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Преобразование масштаба дискретизированно¬ го изображения на основе параллельных вычислений в реальном масштабе вре¬ мени // Труды V Международной конференции «Параллельные вычисления и за¬ дачи управления». Москва, 26-28 октября 2010 г. Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. 570. Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Средства разработки и испытания алгоритмов функционирования системы автоматической посадки беспилотного летательного аппарата // Труды всеармейской научно-практической конференции «Инноваци¬ онная деятельность в Вооруженных силах РФ». СПб.: ВАС. 2010. 571. Макаренко А.А., Турнецкий Л.С. Эффективный алгоритм преобразование масшта¬ ба дискретизированного оптикоэлектронного изображения в реальном масштабе времени // Труды XII Всерос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб.: НПО СМ - РАРАН. 2009. Т. 4. 572. Малашко Я.И., Наумов М.Б. Системы формирования мощных лазерных пучков. Основы теории. Методы расчета. Силовые зеркала. М.: Радиотехника. 2014. 573. Маринин А. Национальная военная стратегия США - 2015 // Зарубежное военное обозрение. 2015. № 12. 574. Марр Д. Зрение. Информационный подход к изучению представления и обработ¬ ки зрительных образов. М.: Радио и связь. 1987. 575. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука. 1977.
576. Маршалов Т.А., Евдокимов Н.О., Костенко Е.А., Киселев Д.С., Сосновский А.В., Барзаковский А.Ю., Крюков КН. Радиолокационные средства охранного монито¬ ринга. Теория и практика построения. М.: Радиотехника. 2015. 577. Маскин Г.П., Волкова Т.М. Нелетальные виды оружия. Минск: ВАРБ. 1996. 578. Маскин Г.П., Волкова Т.М. Современное оружие на новых физических принципах. Минск: ВАРБ. 1998. 579. Матвеев В.В. Инерциальные навигационные системы. Тула: ТулГУ. 2012. 580. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциаль- ных навигационных систем. СПб.: ГЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электропри¬ бор». 2009. 581. Матвеев М.Г., Михайлов В.В. Применение теории фракталов для прогноза при¬ родных стохастических полей // Системы управления и информационные техно¬ логии. 2005. № 5. 582. Медведев А., Гринкевич А., Князева С. Миниатюризация головных частей при¬ цельных комплексов объектов бронетанковой военной техники // Фотоника. 2015. №6. 583. Медведев А., Гринкевич А., Князева С. Мультиспектральные системы различного назначения // Фотоника. 2015. № 5. 584. Мелешко В.В., Нестеренко O.K. Бесплатформенные инерциальные навигацион¬ ные системы. Кировоград: ПОЛИМЕД-Сервис. 2011. 585. Мельников Ю.П. Воздушная радиотехническая разведка (методы оценки эффек¬ тивности). М.: Радиотехника. 2005. 586. Мельников Ю.П., Мочалов С.А. Методические подходы к оценке эффективности радиолокационных систем летательных аппаратов в задаче сравнения их кон¬ курсных вариантов. Авионика 2002-2004. М.: Радиотехника. 2005. 587. Мельников Ю.П., Попов С.В. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффек¬ тивности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника. 2008. 588. Меньшиков Ю.К Виды и средства иностранных технических разведок. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2009. 589. Меркишин Г.В. Системы наблюдения: новые принципы построения. М.: Радио¬ техника. 2010. 590. Меркулов В.К. Динамичность авиационных комплексов и бортовые радиоэлек¬ тронные системы // Радиотехника. 2010. № 1. 591. Меркулов В.К. (ред.) Оценивание дальности и скорости в радиолокационных сис¬ темах. Ч 2. М.: Радиотехника. 2007. 592. Меркулов В.К. Проблемы динамичности РЛС авиационных комплексов перехвата воздушных целей // Радиотехника. 2015. № 1. 593. Меркулов В.К. (ред.) Системы радиоуправления. Кн. 3. Теоретические основы синтеза и анализа систем радиоуправления. М.: Радиотехника. 2015. 594. Меркулов В.К. Траекторное управление наблюдением и показатели эффективно¬ сти бортовых РЛС // Радиотехника. 2010. № 7. 595. Меркулов В.К. Улучшение разрешающей способности бортовой РЛС по углу пу¬ тем траекторного управления наблюдением // Радиотехника. 2003. № 1. 596. Меркулов В.К., Верба B.C. (ред.) Оценивание дальности и скорости в радиолока¬ ционных системах. Ч. 3. М.: Радиотехника. 2010. 597. Меркулов В.К, Дрогалин В.В., Миляков Д.А. Проблема перехвата гиперзвуковых летательных аппаратов // Фазотрон. 2012. № 3.
598. Меркулов В.И., Забелин И.В. Анализ необходимости и возможных путей интегра¬ ции бортовых радиолокационных и оптических систем // Радиотехника. 2008. № 10. 599. Меркулов В.К, Забелин И.В. Синтез алгоритма фильтрации в двухпозиционной пас¬ сивной системе наведения // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 1. 600. Меркулов В.К, Забелин И.В. Траекторное управление наблюдением как способ создания преднамеренных алгоритмических воздействий на радиолокационные системы // Радиотехника. 2010. № 7. 601. Меркулов В.И., Канащенков Л.И. (ред.) Авиационные системы радиоуправления. Т. 1. Принципы построения систем радиоуправления. Основы синтеза и анализа. М.: Радиотехника. 2003. 602. Меркулов В.И, Канащенков Л.И. (ред.) Авиационные системы радиоуправления. Т. 2. Радиоэлектронные системы самонаведения. М.: Радиотехника. 2003. 603. Меркулов В.И, Канащенков А.И. (ред.) Авиационные системы радиоуправления. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения. М.: Радиотехника. 2004. 604. Меркулов В.И, Канащенков А.И. (ред.) Оценивание дальности и скорости в ра¬ диолокационных системах. Ч. 1. М.: Радиотехника. 2004. 605. Меркулов В.И., Савостьянов В.Ю., Самарин О.Ф., Чернов B.C. Малогабаритные многорежимные радиолокационные системы зарубежных беспилотных летатель¬ ных аппаратов // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 1. 606. Меркулов В.И, Садовский П.А. Синтез алгоритма командного наведения на на¬ земные подвижные цели // Радиотехника. 2009. № 8. 607. Меркулов В.И., Самарин О.Ф., Чернов B.C. Новые режимы функционирования ра¬ диолокационных систем беспилотных летательных аппаратов // Успехи совре¬ менной радиоэлектроники. 2015. № 6. 608. Меркулов В.И., Самарин О.Ф., Чернов B.C. Ударные беспилотные летательные аппараты и их радиолокационные системы // Успехи современной радиоэлектро¬ ники. 2007. № 10. 609. Меркулов В.И, Соколов Д.А. Исследование эффективности инерционного угломе¬ ра при сопровождении интенсивно маневрирующих целей // Информационно¬ измерительные и управляющие системы. 2014. № 2. 610. Меркулов В., Ушаков В. СВЧ-оружие функционального подавления для защиты авиационных комплексов // Радиоэлектронные технологии. 2015. № 3. 611. Меркулов В.И., Чернов B.C., Юрчик И.А. Авиационные многопозиционные систе¬ мы радиоуправления // Успехи современной радиоэлектроники. 2006. № 12. 612. Месарович М., Мако Д., Такахара И Теория иерархических многоуровневых сис¬ тем. М.: Мир. 1978. 613. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем, математические основы. М.: Мир. 1978. 614. Мизрохи В.Я. Проектирование управления зенитных ракет. М.: ООО «Экслибрис- Пресс». 2010. 615. Михайлов В.В. (ред.) Военно-технические системы. Методические аспекты повы¬ шения эффективности функционирования. М.: Радиотехника. 2012. 616. Михайлов В.В., Кирносов С.Л. Методологические аспекты фрактально-структу¬ рированного учета метеоусловий при функционировании авиационных систем // Нелинейный мир. 2014. № 3.
617. Молитвин А. О реализации концепции единого информационного пространства НАТО // Зарубежное военное обозрение. 2008. № 1. 618. Морозов А.Д. Введение в теорию фракталов. М.-Ижевск: Институт компьютер¬ ных исследований. 2004. 619. Морозова Е.С., Миловзоров Д.Г., Дьячков А.С., Ардаширов А.Р, Применение ква¬ тернионов в математическом моделировании трехкомпонентных векторно¬ измерительных преобразователей // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2012. № 12. 620. Москаленко В.И. Государственное опознавание воздушных объектов в современ¬ ных условиях // Труды 22 ЦНИИИ МО РФ. 2007. № 59. 621. Москаленко В.И. Метод автоматической идентификации воздушных объектов по принципу «заявочный - нарушитель» // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2014. № 7. 622. Москаленко В.И. Метод идентификации воздушных объектов по их информаци¬ онным портретам // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № И. 623. Московский А.М. Военно-техническая политика государства. Современный этап и тенденции развития. М.: Военный парад. 2006. 624. Московский А.М. Современная теория и практика планирования развитием воо¬ ружения: основные выводы и направления совершенствования // Военная мысль. 2003. № 1. 625. Мочалов С.А. Автоматизированный синтез многофункциональной интегрирован¬ ной радиоэлектронной системы. Методология исследования авиационных ком¬ плексов ВМФ. М.: Радиотехника. 2015. 626. Мочалов С.А. Комплекс программ автоматизированного синтеза многофункцио¬ нальной интегрированной системы летательного аппарата, функционирование и оценка эффективности // Радиотехника. 2015. № 4. 627. Мочалов С.А. Приближенный расчет вероятности выполнения требований по точ¬ ности определения координат и распознаванию целей аппаратурой радиотехниче¬ ской разведки // Радиотехника. 2015. № 1. 628. Мошкин В.И. и др. Техническое зрение роботов. М.: Машиностроение. 1990. 629. Музыченко О.И., Черниенко О.Е. Принципы создания интегрированных систем боевого управления надводных кораблей // Фазотрон. 2013. № 3. 630. Муратов ИВ. Математическая модель пеленгационной характеристики следяще¬ го координатора цели // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. № И. 631. Муратов ИВ., Лиходеенко К.П., Хохлов В.К. Моделирование бортового радиоло¬ кационного координатора цели миллиметрового диапазона радиоволн // Электро¬ магнитные волны и электронные системы. 2014. № 11. 632. Мурашев В.И., Леготин С.А., Ельников Д.С., Кузьмина К.А. Быстродействующий приемник оптических излучений // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводни¬ ковые приборы. 2015. № 2-3. 633. Муха ЮЛ., Королева ИЮ. Структурно-аналитическое проектирование много¬ связных систем управления измерениями // Успехи современной радиоэлектрони¬ ки. 2002. № 8. 634. Назаров А.В., Козырев Г.И., Шитов ИВ. Современная телеметрия в теории и на практике. СПб.: Наука и техника. 2007.
635. Нариньяни А. С. Недоопределеность в системе представления и обработки зна¬ ний // Изв. АН СССР. Сер. Техническая кибернетика. 1986. 636. Нарышкин А.К. Информативность радиолокационных объектов, сигналов и сис¬ тем. М.: МЭИ. 1993. 637. Небылов А.В. Гарантирование точности управления. М.: Наука. 1998. 638. Невская А.А., Леушина Л.И. Асимметрия полушарий головного мозга и опознание зрительных образов. Л.: Наука. 1990. 639. Нежинский Н.Н., Викулов О.В. Исследование алгоритма траекторного управления в условиях преднамеренных помех // Радиотехника. 1999. № 2. 640. Нестеренко Г.С., Никольский А.Е. Экспертные системы: состояние разработок и их использование. М.: НИЦ. 1988. 641. Нестеров В.П. Методология создания оптико-электронных авиационных средств наблюдения в ИК-спектре, представляющих изображение подстилающей поверх¬ ности в виде температурного поля // Специальная техника. 2013. № 6. 642. Нестеров В.П., Киселев П.С. Мониторинг температурного поля поверхности зем¬ ли в ИК-диапазоне // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. №3. 643. Нестеров С. М. (ред.) Радиолокационные характеристики объектов. Методы ис¬ следования. М.: Радиотехника. 2015. 644. Нечаев Ю.И., Петров О.Н. База знаний и механизм логического вывода // Инфор¬ мационно-измерительные и управляющие системы. 2004. № 9. 645. Никифоров В. О. Адаптивное и робастное управление с компенсацией возмуще¬ ний. СПб.: Наука. 2003. 646. Николаев Н Взгляды военно-политического руководства США на ведение воо¬ руженной борьбы в современных условиях // Зарубежное военное обозрение. 2014. № 3. 647. Никольский А.Е., Головняк В.В., Прохоров И.А. Информационная технология ком- плексирования бортовых систем. М.: Изд-во МАИ. 1991. 648. Николъцев В., Бажин С., Коржавин Г., Подоплекин Ю., Симановский И. Создание радиоэлектронных комплексов управления для летательных аппаратов наземного, морского, авиационного базирования // Мир авионики. 1998. № 2. 649. Николъцев В.А., Коржавин Г.А., Подоплекин Ю.Ф., Симановский ИВ. Создание аппаратуры противокорабельных разведывательно-ударных ракетных комплексов в ЦНИИ «Гранит» // Военный парад. 2003. № 5. 650. Николъцев В.А., Коржавин Г.А., Подоплекин Ю.Ф., Симановский И.В., Шаров С.Н. Основные направления развития корабельных и бортовых информационно- управляющих систем // Научно-технический сборник «Корабельные и бортовые многоканальные информационно-управляющие системы». 2005. № 8. 651. Новичков Н.Н., Барковский В.А. Основные направления развития беспилотных авиационных комплексов // Рынки вооружения. 2008. № 1. 652. Нырков В.Б., Ершов С.П., Шаталов Н.А. Оборонно-промышленный комплекс Российской Федерации в условиях рыночной экономики. Краткий терминологи¬ ческий словарь. М: ГУП ВНИИМИ-ФИАЦОП. 2000. 653. Обносов Б.В. О роли бортового радиоэлектронного оборудования современных авиационных комплексов в развитии боевых возможностей высокоточного ору¬ жия // Фазотрон. 2011. № 1-2.
654. Обуховец В.А. Управление признаками распознавания радиолокационных целей с помощью дифракционных решеток // Радиотехника. 2014. № 12. 655. Ольгин С. Перспективные зарубежные информационные технологии // Зарубеж¬ ное военное обозрение. 2004. № 4. 656. Онигцук А. Радиолокационные станции для беспилотных летательных аппаратов // Фазотрон. 2012. № 3-4. 657. Онищук А. Радиолокационные станции управления оружием ударных вертолетов // Фазотрон. 2008. № 1-2. 658. Оппенгейм А. В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. М.: Связь. 1979. 659. Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Оптико-электронные сис¬ темы и лазерная техника. Т. XI. М.: Издательский дом «Оружие и технологии». 2005. 660. Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протя¬ женных целей. М.: Радио и связь. 1982. 661. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Юсупов P.M. Интеллектуальные технологии мони¬ торинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука. 2006. 662. Панков В.А., Манежкин А.С. Облик и основные характеристики совмещенного самолетного радиолокационного запросчика-ответчика для перспективных лета¬ тельных аппаратов // Фазотрон. 2014. № 1. 663. Панков В.А., Манежкин А.С. Особенности использования авиационных средств в системе опознавания на поле боя // Фазотрон. 2013. № 3. 664. Панков В., Манежкин А., Мытиль В. Опознавание объектов при обеспечении по¬ летов в едином воздушном пространстве сетецентрической системы // Радиоэлек¬ тронные технологии. 2015. № 3. 665. Панков В.А., Мытиль В.К, Манежкин А. С. Радиолокационное опознавание - вче¬ ра, сегодня, завтра // Фазотрон. 2014. № 2. 666. Панов А.П., Пономаренко С.А., Цисарж В.В. Группы и алгебры негамильтоновых кватернионов полувращений в задачах бесплатформенных инерциальных систем // Труды XXII Междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. СПб. 2015. 667. Панов В.В., Саркисьян А.П. Некоторые аспекты проблемы создания СВЧ-средств функционального подавления // Зарубежная радиоэлектроника. 1993. 668. Панов М., Маневич В. Военные конфликты на рубеже 2030 года // Зарубежное во¬ енное обозрение. 2008. № 1. 669. Панченко Б.А. Метаматериалы и сверхнаправленность антенны // Радиотехника и электроника. 2009. № 3. 670. Панченко Б.А., Гизатулин М.Г. Нано-антенны. М.: Радиотехника. 2010. 671. Паршин С.А., Горбачев Ю.Е., Кожанов Ю.А. Современные тенденции в развитии теории и практики управления в вооруженных силах США. М.: ЛЕНАНД. 2009. 672. Паршин С.А., Кожанов Ю.А. Концепция сетецентрического боевого управления ВС США, Великобритании и ОВС НАТО. Общее и различия // Зарубежное воен¬ ное обозрение. 2010. № 4. 673. Паршин С.А., Кожанов Ю.А. Современные тенденции в совершенствовании сис¬ темы управления вооруженными силами ведущих зарубежных стран в информа¬ ционную эпоху // Зарубежное военное обозрение. 2009. № 6. 702 | Л'» жамм
674. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Принципы системного анализа. Томск. 2001. 675. Перовская Е.И. Системный анализ и имитационное моделирование как средство объединения результатов гуманитарных и точных наук // Информационно- управляющие системы. 2005. № 5. 676. Перунов Ю.М., Мацукевич В.В., Васильев А.А. Зарубежные радиоэлектронные средства. В 4-х кн. М.: Радиотехника. 2010. 677. Петербург А.И., Бухарцев М.Н., Розов А.К., Хорогиилов Э.Г. Перспективы разви¬ тия методов классификации морских объектов // Морская радиоэлектроника. 2003. № 1. 678. Печуров С.Л. Англо-саксонская модель военной реформы. История и современ¬ ность. М.: МГУ. 2015. 679. Пешехонов В.Г. Ключевые задачи современной автономной навигации // Гироско¬ пия и навигация. 1996. № 1. 680. Пешехонов В.Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем //Гироскопия и навигация. 2011. № 1. 681. Пешков Р.А., Сидельников Р.В. Анализ влияния конструктивных и газодинамиче¬ ских параметров ракет на ударно-волновые процессы в шахтной пусковой уста¬ новке // Вестник Концерна ПВО «Алмаз-Антей». 2015. № 2. 682. Пивоварова М. Трансфер технологий и современная практика. М.: МАКС Пресс. 2004. 683. Пигин Е.А. История и тенденции развития мобильных зенитных ракетных ком¬ плексов средней дальности для противовоздушной обороны сухопутных войск // Радиотехника. 2005. № 2. 684. Пигин Е.А., Копытин А. С. Двухспектральные оптикоэлектронные системы и мо¬ дернизации ЗРК средней дальности // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. №4. 685. Платунов B.C. Методология системных военно-научных исследований авиацион¬ ных комплексов. М.: 30 ЦНИИ МО РФ. 2005. 686. Погорелое В.А., Митъкин А.С. Метод управления радиотехнической системой в условиях параметрической неопределенности модели вектора состояний // Радио¬ техника. 2014. № 8. 687. Погудин К.Г., Сударчиков В.А., Трушенков В.В. Новые технологии в создании морского подводного оружия в современных геополитических условиях // Под¬ водное морское оружие. 2015. № 1. 688. Позняков П., Перов О., Горохов В. Технология отработки БРЛС в задачах боевого применения на комплексах полунатурного моделирования ГосНИИАС // Фазо¬ трон. 2012. № 1. 689. Поисов Д.А., Ванюшкин А.Т., Рыбников В.Н., Павлов А.М. Повышение информа¬ ционной обеспеченности боевых средств ЗРК серии БУК // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 3. 690. Поляк Б.Т., Щербаков П.С. Робастная устойчивость и управление. М.: Наука. 2002. 691. Поляков В.Н., Сагайдаков Ф.Р. Автоматизированные системы боевого управления подводных лодок зарубежных ВМС // Фазотрон. 2014. № 1. 692. Поляков В., Сагайдаков Ф., Гурьянов С. Автоматизированная система боевого управления надводных кораблей ВМС США // Фазотрон. 2014. № 2. 703
693. Понькин В.А. (ред.) Оптическая заметность летательных аппаратов. Воронеж: НПЦ «Научная книга». 2015. 694. Попело В.Д. Модель оптико-электронного средства как объекта оптической лока¬ ции // Радиотехника. 2005. № 9. 695. Попело В Д., Мордвинова Ю.А. Модель процесса лазерной локации произвольного малоразмерного отражателя в случайно-неоднородной среде // Информационный конфликт. 1997. № 2. 696. Попело В.Д., Фахуртдинов И.Р. Инфологическая модель объектов и процессов измерения характеристик заметности в ходе проведения лазерно-локационного эксперимента // Метрология. 2011. № 1. 697. Попов Г.Н., Корольков Г.Н. Радиоэлектроника в системах военно-морского флота. М.: ИД «Оружия и технологии». 2003. 698. Потапов А.А. Фракталы в радиофизике и радиолокации. Топология выборки. М.: Университетская книга. 2005. 699. Потапов А.А. Фрактальный метод и фрактальная парадигма в современном есте¬ ствознании. Воронеж: ИПЦ «Научная книга». 2012. 700. Почуев С.И., Прокопенко B.C. Система управления сложным техническим ком¬ плексом в информационном пространстве // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2011. № 12. 701. Прангишвили И.В. Системный подход и общесистемные закономерности. М.: Синтег. 2000. 702. Птицын А. Что мы видим и что мы не видим? // Фотоника. 2015. № 3. 703. Пупков К.А., Егупов НД. (ред.) Методы классической и современной теории авто¬ матического управления. Теория оптимизации автоматического управления. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. 704. Пупков К.А., Егупов НД., Колесников Л.В., Мельников Д.В., Трофимов А.И. Высо¬ коточные системы самонаведения: расчет и проектирование. Вычислительный эксперимент. М.: Физматлит. 2011. 705. Пущинский С.Н. Формирование эталонных радиолокационных портретов надвод¬ ных кораблей с использованием ограниченного набора экспериментальных дан¬ ных // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 2. 706. Разоренов Г.Н., Бахрамов Э.А., Титов Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение. 2003. 707. Распопов В.Я. Гироприборы и системы управляемых ракет ближней тактической зоны. Тула: ТулГУ. 2013. 708. Распопов В.Я. Инерциальные чувствительные элементы // Мир авионики. 2008. № 1. 709. Распопов В.Я. Непосредственные гиростабилизаторы. Тула: ТулГУ. 2015. 710. Рахманов А.А. Диалектика технологий воздушно-космической обороны. М.: Сто¬ личная энциклопедия. 2011. 711. Редькина Н.С. Современное состояние и тенденции развития информационных ресурсов и технологий // Библиосфера. 2010. № 2. 712. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. М.: Горячая линия - Телеком. 2006. 713. Рис У. Основы дистанционного зондирования. М.: Техносфера. 2006. 714. Роб Полевой. «3D Studio Мах». СПб.: Питер. 2001.
715. Рогозин Д.О. (ред.) Война и мир в терминах и определениях. М.: Издательский дом ПоРог. 2004. 716. Родионов Б.И., Новичков Н.Н. Крылатые ракеты в морских боях: по материалам открытой зарубежной печати. М.: Воениздат. 1987. 717. Рождествин В.Н. (ред.) Оптикоэлектронные системы экологического мониторин¬ га природной среды. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002. 718. Розов А.К., Бухарцев М.Н., Коршунов Ю.Л., Лось А.П. Новые возможности в раз¬ витии систем самонаведения // Морская радиоэлектроника. 2002. № 3. 719. Романов А.А. Объективная оценка насыщенности семантики радиолокационного изображения // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 5. 720. Романов А.А. Основы обработки и анализа данных космического дистанционного зондирования океана. М.: МФТИ. 2003. 721. Саблин В.Н. (ред.) Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности. М.: Диво. 2006. 722. Саблин В.Н. Разведывательно-ударные комплексы и радиолокационные системы наблюдения земной поверхности. М.: Радиотехника. 2002. 723. Савин Л.В. Сетецентричная и сетевая война. Введение в концепцию. М.: Евразий¬ ское движение. 2011. 724. Сазонов М.А. Направления развития средств и комплексов многоканальной ра¬ диосвязи специального назначения // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 12. 725. Сазонов С.П. и др. Современное состояние и проблемы развития оптикоэлектрон¬ ных средств мониторинга тепловых полей корабля // Морская радиоэлектроника. 2004. № 4. 726. Самарин О.Ф. Интегрированные информационно-вычислительные системы лета¬ тельных аппаратов. М.: МАИ. 2013. 727. Сарычев А.Г., Шалаев В.М. Электродинамика метаматериалов. М.: Научный мир. 2011. 728. Сарычев В.А. Лекции по курсу «Теория радиотехнических цепей и сигналов». Лекция 1. Что такое сигналы и радиотехнические цепи. СПб.-Томск. 2005. 729. Сарычев В.А. Программируемые технологии и системы наведения // Информаци¬ онно-измерительные и управляющие системы. 2012. № 5. 730. Сборник терминов, понятий и категорий в области военно-технического обеспе¬ чения военной безопасности Российской Федерации. М.: Изд-во Минобороны России. 1998. 731. Свиридов КН. Технология достижения высокого углового разрешения оптиче¬ ских систем атмосферного видения. М.: Знание. 2005. 732. Семенова В., Беспалов В. Терагерцовые технологии для телекоммуникаций // Фо¬ тоника. 2015. № 3. 733. Семенов С. Управляемые авиабомбы зарубежных ВВС // Аэрокосмическое обо¬ зрение. 2007. № 5. 734. Семенов С.С. Критерии и оценочные показатели эффективности систем наведения управляемого авиационного оружия класса «воздух-поверхность» // Радиотехни¬ ка. 2009. № 5. 735. Семенов С., Балахонов Л. О концептуальном подходе к созданию перспективного высокоточного авиационного оружия // Фазотрон. 2012. № 1.
736. Семенов С.С., Харчев В.Н., Иоффин А.И. Оценка технического уровня образцов вооружения и военной техники. М.: Радио и связь. 2004. 737. Сеньченков В.И. Модель сложных систем как объектов контроля правильности функционирования на основе теории категорий и функторов // Изв. вузов. Сер. Приборостроение. Ч. 1. 1998. № 5. Ч. 2. 1999. № 1. 738. Сергеев К. Противолодочные ракетные комплексы // Зарубежное военное обозре¬ ние. 1989. № 7. 739. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер. 2003. 740. Сергунов К.Ю., Грицык П.А. Применение радиолокационных станций для реше¬ ния задачи селекции сложных активных целей // Успехи современной радиоэлек¬ троники. 2015. № 3. 741. Сетров М.И. Основы функциональной теории организации. Л.: Наука. 1972. 742. Сизов Ю., Коваль С. Защита объектов от высокоточного оружия. СПб. 2011. 743. Силин А. Технология Software Defined Radio // Беспроводные технологии. 2007. №2. 744. Сильников М.В. Инновационные технические средства и технологическое обеспече¬ ние защиты и безопасности // Вопросы оборонной техники. Сер. 16. 2011. № 9-10. 745. Сильников М.В., Лазорин В.И., Михайлин Л.И. Средства активной защиты под¬ вижных объектов на новых физических принципах // Вопросы оборонной техни¬ ки. Сер. 16. 2010. № 5-6. 746. Симонов С.С. Системы наведения современных управляемых авиационных бомб. Основные свойства, характеристики, состояние разработок и тенденции развития // Фазотрон. 2014. № 2. 747. Синани А.И. Антенные и волноводные системы в АО «НИИП им. В.В. Тихомиро¬ ва» // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 4. 748. Синани А.И. Основные направления развития теории и технологии электронного управления лучом в радиолокации // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. №4. 749. Синани А.И., Белый Ю.И. Эволюция антенных систем для бортовых радиолокаци¬ онных комплексов // Радиотехника. 2005. № 2. 750. Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов. М.: Бином. Лаборатория знаний. 2011. 751. Скворцов Т.А. Синтез управления информационными системами // Успехи совре¬ менной радиоэлектроники. 2008. № 4. 752. Скляров O.K. Волоконно-оптические сети и системы связи. М.: СОЛОН-Пресс. 2004. 753. Сколник М. (ред.) Справочник по радиолокации. В двух книгах. М.: Техносфера. 2014. 754. Скорняков Л.А. (ред.) Общая алгебра. Т. 2. М.: Наука. 1991. 755. Слипченко В.И. Бесконтатные войны. М.: Гран-Пресс. 2001. 756. Слипченко В.И. Войны шестого поколения. Оружие и военное искусство будуще¬ го. М.: Вече. 2002. 757. Слепое Н.Н. Англо-русский толковый словарь сокращений в области связи, ком¬ пьютерных и информационных технологий. М.: Радио и связь. 2005. 758. Слепое Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. М.: Радио и связь. 2000.
759. Словарь оперативно-стратегических терминов. М.: МО РФ. ВАГШ ВС РФ. 2010. 760. Слюсар В. Метаматериалы в антенной технике: основные принципы и результаты // Первая линия. 2010. № 34. 761. Смирнов В.А. Введение в оптическую радиоэлектронику. М.: Сов. Радио. 1973. 762. Смирнов В.Е., Темляков О.И. Основные направления развития артиллерийских высокоточных боеприпасов автономного применения // Оборонная техника. 2006. № 1-2. 763. Смирнов М. Современные методы передачи данных // Электронные компоненты. 2010. № И. 764. Смирнов Ю.А. Радиотехническая разведка. М.: Воениздат. 2001. 765. Смоляное А. Состояние и перспективы оснащения ВМФ современными боевыми системами // Военный парад. 2005. № 3. 766. Снежко В.К., Якушенко С.А. Военные интегрированные системы навигации, свя¬ зи и управления. СПб.: ВАС. 2013. 767. Соколов С.А., Исаков М.В. Механизмы выработки, формирования и организации команд управления радиолокационных систем // Успехи современной радиоэлек¬ троники. 2015. № 9. 768. Соколов С.В., Погорелое В.А. Основы синтеза многоструктурных бесплатформен- ных навигационных систем. М.: Физматлит. 2009. 769. Соколов С.В., Щербань ИВ. Синтез оптимального управления процессом функ¬ ционирования радиолокационного комплекса // Радиотехника. 2002. № 3. 770. Соловьев В.Д., Добров Б.В., Иванов В.В., Лукашевич Н.В. Онтологии и тезаурусы. Казань-М. 2006. 771. Соловьев Г.А., Чугунова В.А. Метод наведения летательных аппаратов на на¬ земные объекты с использованием БРЛС с САР // Труды СПИИРАН. СПб. 2013. №4. 772. Солунин В.Л. Высокоточное оружие: определение, классификация, межвидовой подход // Оборонная техника. 1996. № 4-5. 773. Солунин В.Л. (ред.) Основы теории систем управления высокоточных ракетных комплексов сухопутных войск. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана. 2001. 774. Солунин ВБуренок В. ВТО дальнего огневого поражения: военные и технические аспекты создания // Военный парад. 2003. № 1. 775. Солунин В.Л., Чварков С.В. Системный подход при определении требований к вы¬ сокоточному оружию // Вопросы оборонной техники. Сер. 9. 2000. Вып. 1(232)— 2(233). 776. Сосулин Ю.Г., Русский А.Б. Фрактальное обнаружение протяженных малоконтра¬ стных объектов на изображении // Радиотехника. 2009. № 12. 777. Сперанский А.В., Герасимов С.И, Ерофеев В.И. Взрывной источник света, осно¬ ванный на применении гидродинамических неустойчивостей, для оборудования баллистических трасс // Нелинейный мир. 2013. № 12. 778. Спрингер С., Дейч Г. Левый мозг, правый мозг. М.: Мир. 1983. 779. Старожук Е.А., Ильин Е.М., Николаев А.И., Полубехин А.И., Брайткрайц С.Г. Ос¬ новные положения научно-методического аппарата формирования перечня кри¬ тических военных радиолокационных технологий // Вестник Московского госу¬ дарственного технического университета им. Н.Э. Баумана. 2013. № 2. 780. Стекольников Ю.И. Живучесть систем. СПб.: Политехника. 2002.
781. Степанов О. А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Ч. 1. Введение в теорию оценивания. Ч. 2. Введение в теорию фильтрации. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор». 2010, 2012. 782. Степанов О.А. Состояние перспективы развития и применения наземных систем навигации для подвижных объектов //Гироскопия и навигация. 2005. № 2. 783. Сучков В.Б. Методика создания многоточечной модели аэродинамической цели для определения входных сигналов бортовых радиолокационных датчиков // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. № 6. 784. Сущенко О.А., Пальчик В.В. Обзор современного состояния волоконно-оптиче- ских датчиков угловой скорости и тенденции их развития // Электроника и систе¬ мы управления. 2011. № 3. 785. Сырое А.С. (ред.) Бортовые системы управления космическими аппаратами. М.: МАИ-ПРИНТ. 2010. 786. Сырое А.С. (ред.) Проектирование и испытание бортовых систем управления. М.: МАИ-ПРИНТ. 2011. 787. Сысуев Ю.Н. Современные военные конфликты, их особенности. Роль высоко¬ точного оружия в их предотвращении и разрешении // Оборонный заказ. 2007. № 15.1-15.2. 788. Сюзев В.В. Основы теории цифровой обработки сигналов. М.: РТСофт. 2014. 789. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптикоэлектронные системы с матричными приемниками излучения. М.: Университетская книга; Ло¬ гос. 2007. 790. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: Логос. 2004. 791. Телеганов Н.А., Тетерин Г.Н. Метод и системы координат в геодезии. Новоси¬ бирск: СГГА. 2008. 792. Тестоедов Н.А., Семкин П.В., Кузовников А.В., Сомов В.Г. Классификация сигна¬ лов в автоматизированных системах радиоэлектронного мониторинга // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 5. 793. Титенко Е.А., Лапина Т.И. Ханис В.А., Мирталибов Т.А. Проектирование эксперт¬ ных систем на основе продукционного подхода // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. № 6. 794. Трифонов А.П., Курбатов А.В., Чернояров О.В., Шахтарин Б.И. Квазиоптималь- ная оценка дальности и скорости по лазерным измерениям дальности // Радиотех¬ ника и электроника. 2015. № 11. 795. Турков В.Е., Ульянов С.А., Шаховский В.В., Поташов С.Ю. Технологии характе¬ ризации космических аппаратов для достижения космической ситуационной ос¬ ведомленности США // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 11. 796. Тучков Л. Т. (ред.) Радиолокационные характеристики летательных аппаратов. М.: Радио и связь. 1985. 797. Удд Э. (ред.) Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и на¬ учных работников. М.: Техносфера. 2008. 798. Ушаков В.Н. (ред.) Оптические устройства в радиотехнике. М.: Радиотехника. 2009. 799. Фалькович С.Е., Волосюк В.К, Горбуненко О.А. Радиотехнические системы дис¬ танционного зондирования. Харьков: ХАИ. 2002.
800. Федосеев В.И. Пуассоновская модель звездного неба и задача обнаружения звезд оптикоэлектронным прибором // Оптический журнал. 2011. № 2. 801. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптикоэлектронные приборы ориентации и навига¬ ции космических аппаратов. М.: Логос. 2007. 802. Федосеев Л.И, Кузнецов ИВ., Куликов Ю.Ю., Лебский Ю.В., Мальцев В.А., Шве¬ цов А.А., Шкаев А.П., Штанюк А.М., Быстров Р.П. Радиотепловые контрасты объектов в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн // Ра¬ диотехника. 2011. № 11. 803. Федосеев Л.И., Швецов А.А. Формирование радиотепловых контрастов объектов в миллиметровом диапазоне длин волн // Журнал радиоэлектроники. 2010. № 7. 804. Федосеева Е.В., Щукин Г.Г. Вопросы метрологического обеспечения радиотепло- локационных измерений в условиях действия внешних шумовых помех. Муром: Полиграфический центр Муромского института ВлГУ. 2012. 805. Федосов Е.А. (ред.) Авиация ВВС России и научно-технический прогресс. Боевые комплексы и системы вчера, сегодня, завтра. М.: Дрофа. 2005. 806. Федосов Е.А. (ред.) Бортовые системы управления боевыми режимами современ¬ ных и перспективных самолетов. Кн. 1: Аналитический обзор по материалам за¬ рубежных информационных источников. М.: НИЦ ГосНИИАС. 2009. 807. Федосов Е.А. Реализация сетецентрической технологии ведения боевых действий потребует создания БРЛС нового поколения // Фазотрон. 2007. № 1-2. 808. Федосов Е.А. (ред.) Системы управления вооружением истребителей. Основы ин¬ теллекта многофункционального самолета. М.: Машиностроение. 2005. 809. Федосов Е.А. (ред.) Современное состояние и перспективы развития беспилотных авиационных систем XXI века. Аналитический обзор по материалам зарубежных информационных источников. М.: НИЦ ФГУП ГосНИИАС. 810. Федунов Б.Е. Проблемы разработки бортовых оперативно советующих эксперт¬ ных систем // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1996. № 5. 811. Фесенко В. Т., Фесенко Т.Ю. Автоматическое сопровождение объектов в компью¬ терных системах обработки изображений // Оптический журнал. 2007. №11. 812. Фесенко Ю.Н. Направления развития высокоточных боеприпасов // Военная мысль. 2003. № 2. 813. Фёдоров В.К, Сергеев Н.П., Кондрашин А.А. Контроль и испытания в проектиро¬ вании и производстве радиоэлектронных средств. М.: Техносфера. 2005. 814. Фёдоров И.Б. (ред.) Информационные технологии в радиотехнических системах. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2003. 815. Харисов В.Н., Аникин А.Л. Оптимальное управление наблюдением в задачах обна¬ ружения сигналов // Радиотехника. 2004. № 7. 816. Харченко Е.Б. Проблемы безопасности инфотелекоммуникационных систем спе¬ циального назначения ВС РФ // Пленарные доклады XVII Всерос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». СПб. 2014. 817. Харьков В.П. Алгоритм управления относительным положением беспилотных ле¬ тательных аппаратов // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. №5. 818. Харьков В.П., Меркулов В.И. Синтез оптимального управления динамической сис¬ темой, инвариантного к возмущениям // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2009. № 1.
819. Харьков В.П., Меркулов В.И. Формирование заданной конфигурации сложной распределенной системы управления // Радиотехника. 2011. № 6. 820. Хелемендик Р.В. Элементы математической логики и возможности ее приложе¬ ний. М.: МАТИ. 2009. 821. Хижняк А. Системный подход к решению проблемы пассивной защиты войск и объектов прикрытия от высокоточного оружия // Наука и военная безопасность. 2005. № 1. 822. Хилл Ф. OpenGL. Программирование компьютерной графики. Для профессиона¬ лов. СПб.: Питер. 2002. 823. ХолевоА.С. Квантовые системы, каналы, информация. М.: МЦНМО. 2010. 824. Храмчихин А. Высокоточная стрельба вхолостую // Военно-промышленный курь¬ ер. 2015. №46. 825. Хрипунов С.П. Ассоциативно-индуктивный метод классификации неопределен¬ ных ситуаций для синтеза тактических решений в воздушном бою // Информаци¬ онно-измерительные и управляющие системы. 2006. № 8. 826. Хромов Л.И. Поиск смысла теории виртуальной связи // Вопросы радиоэлектро¬ ники. Сер. Техника телевидения. 2007. № 2. 827. Хромов Л.И. Проблемы теории телевидения // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2006. № 1. 828. Хуторцев В.В., Баранов И.В. Оптимизация управления наблюдением в задаче дискретного поиска для пуассоновской модели потока объектов наблюдения // Радиотехника. 2010. № 3. 829. Хуторцев В.В., Соколов С.В., Шевчук П.С. Современные принципы управления и фильтрации в стохастических системах. М.: Радио и связь. 2001. 830. Хуторцев В.В., Фасоля А.А. Двухкомпозиционный метод синтеза локально опти¬ мальных законов управления наблюдениями // Радиотехника. 2000. № 10. 831. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. М.: Мир. 1990. 832. Цаленко М.Ш. Моделирование семантики в базах данных. М.: Наука. 1989. 833. Цаленко М.Ш., Шульгейфер Е.Г. Основы теории категорий. М.: Наука. 1974. 834. Цуккерман И.И. Преобразование электронных изображений. Д.: Энергия. 1972. 835. Цуников А.Ю. Обработка изображений в инфракрасном диапазоне спектра. Яро¬ славль: Ремдер. 2011. 836. Цуников А.Ю., Егорова Е.В., Викторов А.С., Матвеев А.Ю., Нефедов В.И. Осо¬ бенности обработки тепловизионных изображений // Электромагнитные волны и электронные системы. 2015. № 4. 837. Цыкунов А.М. Алгоритмы робастного управления с компенсацией ограниченных возмущений // Автоматика и телемеханика. 2007. № 7. 838. Чандра А.М., Гош С.К. Дистанционное зондирование и географические информа¬ ционные системы. М.: Техносфера. 2008. 839. Чаплыгин С.В., Никитин Д.П. Исследование характеристик абсолютно высоко¬ точного режима позиционирования при работе в реальном времени // Информа¬ ционно-измерительные и управляющие системы. 2014. № 1. 840. Чварков С.В. (ред.) Методология создания и применения систем высокоточного оружия в современных операциях. М.: ВАГШ. 2006. 841. Чекинов С.Г., Богданов С.А. О характере и содержании войны нового поколения // Военная мысль. 2013. № 10.
842. Чекинов С., Богданов С. Стратегическое сдерживание и национальная безопас¬ ность России на современном этапе // Военная мысль. 2012. № 3. 843. Челноков Ю.Н. Кватернионные модели и методы динамики, навигации и управле¬ ния движением. М.: Физматлит. 2011. 844. Чельцов Б.Ф., Волков С.Н. Сетевые войны XXI века // Воздушно-космическая оборона. № 2008. 4-5. 845. Ченцов Н.Н. Статистические решающие правила и оптимальные выводы. М.: Наука. 1972. 846. Черниенко О. Основные направления развития радиолокационных систем над¬ водных кораблей // Фазотрон. 2011. № 3-4. 847. Чернышов Е.Э. Бортовые экспертные системы авиационных комплексов. СПб.: Радиоавионика. 1996. 848. Четверухин Н.Ф. Проективная геометрия. М.: Просвещение. 1969. 849. Чубыкин А.А., Катенин В.А., Лукин А.Б. Трехкоординатный лазерный локатор бо¬ кового обзора // Метеорологический вестник. 2013. № 2. 850. Шалгунов С.И., Соколов В.И., Морозова ИВ., Прохорова Ю.С. Особенности про¬ ектирования и разработки радиопрозрачных обтекателей и укрытий, работающих в сантиметровом и миллиметровом диапазонах радиоволн // Антенны. 2015. № 3. 851. Шалковский А., Леонтьев С. Радиолокационные системы самонаведения. Пер¬ спективы применения в управляемых средствах поражения сухопутных войск // Фазотрон. 2006. № 3-4. 852. Шаталов Ф.А., Шаталов А. Ф. Динамика инверсии населенностей активной среды твердотельного лазера при ступенчатой диодной накачке // Нелинейный мир. 2014. №3. 853. Шатовкин P.P. Моделирование функционирования системы управления вооруже¬ нием истребителя в режиме радиолокационного молчания. Воронеж. ВАИУ. 2010. 854. Шатовкин P.P., Лихачев В.П. Синтез канала слежения за воздушной целью по дальности в режиме радиолокационного молчания // Информационно-измерите¬ льные и управляющие системы. 2015. № 4. 855. Шахтарин Б.И. Обнаружение сигналов. М.: Гелиос АРВ. 2006. 856. Швачкин А. Особенности построения БРЛС для многофункциональных боевых вертолетов // Фазотрон. 2012. № 1. 857. Шевчук В.И., Игольников С.В. Последовательный иерархический метод синтеза конфликтно-устойчивых радиоэлектронных систем // Радиотехника. 1996. №11. 858. Шеремет И.А. Компьютеризация как путь к победе в вооруженной борьбе // Не¬ зависимое военное обозрение. 2005. № 42. 859. Шилов К.Ю., Сурин С.Н., Грек Б.В. Опыт создания современных интегрирован¬ ных систем управления надводных кораблей // Морской вестник. 2009. № 3. 860. Шипунов А.Г. (ред.) Основы устройства и функционирования артиллерийских управляемых снарядов. Тула: ТулГУ: 2003. 861. Шипунов А.Г., Семашкин Е.Н. Всепогодность радиолокационных и тепловизион¬ ных каналов наведения комплексов ВТО. М.: Машиностроение. 2013. 862. Шовенгердт Р.А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. М.: Техносфера. 2010. 863. Шолохов А.В. Коррекция автономных наземных навигационных систем в движе¬ нии с использованием контрольных точек цифровой карты дороги // Гироскопия и навигация. 2007. № 3.
864. Шорохова Е.Л., Манахова М.С. Антенны и излучающие структуры СВЧ-диапа- зона в искусственных композитных средах: история создания, основные тенден¬ ции и перспективы развития // Антенны. 2012. № 12. 865. Шрейдер ЮА., Шаров А.А. Системы и модели. М.: Радио и связь. 1982. 866. Шулунов А.Н. Применение радиофотоники в радиолокации // Труды XXIV Меж- дунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». 2014. Севастополь. 867. Щербаков И.А. Твердотельные лазеры - одно из важнейших направлений кванто¬ вой электроники // Успехи физических наук. 2004. № 10. 868. Щербаков Н.С. Стратегии обстрела целей зенитными ракетными комплексами самообороны корабля // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. №2. 869. Щербинин Р. Головки самонаведения перспективных зарубежных управляемых ракет и авиабомб // Зарубежное военное обозрение. 2009. № 4. 870. Энциклопедия элементарной математики. Кн. 4. Геометрия. М.: Физматгиз. 1963. 871. Ягольников С.В. (ред.). Автоматическое обнаружение и сопровождение динамиче¬ ских объектов на изображениях, формируемых оптико-электронными приборами в условиях априорной неопределенности. Методы и алгоритмы. М.: Радиотехни¬ ка. 2015. 872. Ягольников С.В. (ред.) Методы исследования радиолокационных характеристик объектов. М.: Радиотехника. 2013. 873. Ягольников С.В., Верба B.C. Бортовые радиолокационные станции военной авиа¬ ции зарубежных стран. Аналитический обзор по материалам открытой печати. 2 ЦНИИ МО РФ. 2005. 874. Ягольников С., Храмичев А., Панин В. Войны высокоточных технологий // Армей¬ ский вестник. URL. 2011. 875. Яковлев В.П. Методологические основы теории вероятностей и математической статики // Успехи современной радиоэлектроники. 2004. № 12. 876. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Логос. 877. Яншин В.В. Анализ и обработка изображений: принципы и алгоритмы. М.: Маши¬ ностроение. 1995. 878. Ярлыков М.С., Богачев А.С., Меркулов В.И., Дрогалин В.В. Радиоэлектронные комплексы навигации, прицеливания и управления вооружением летательных ап¬ паратов. Т. 1. Теоретические основы. М.: Радиотехника. 2012. 879. Ярлыков М.С., Богачев А.С., Меркулов В.И., Дрогалин В.В. Радиоэлектронные комплексы навигации, прицеливания и управления вооружением летательных ап¬ паратов. Т. 2. Применение авиационных радиоэлектронных комплексов при ре¬ шении боевых и навигационных задач. М.: Радиотехника. 2012. 880. Ярмолюк В., Ефремов В., Сычев С. Оптимизация обликовых характеристик управ¬ ляемых средств поражения методами имитационного моделирования // Фазотрон. 2012. № 1. 881. Ярмошевич Е.И., Михайлова Е.Е. Передаточная функция человека-оператора, осуществляющего слежение, адаптивная к условиям наблюдения // Информаци¬ онно-измерительные и управляющие системы. 2006. № 12. 882. Ярмошевич Е.И., Утёмов С.В., Михайлова Е.Е. Эффективность адаптивной к из¬ меняющимся условиям наблюдения модели человека-оператора, осуществляюще¬
го визуальное сопровождение объекта // Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы. 2006. № 12. 883. Ярошенко А.В. Бесконтактные войны седьмого поколения // Оборонный заказ. 2006. № 11. 884. Ярушкина Н.Г., Мошкин B.C. применение онтологического подхода к анализу со¬ стояния локальной вычислительной сети // Радиотехника, 2011. №7. 885. Agrawal R., Srikant R. Fast algorithms for mining association rules 11 Proceedings of the International Conference on Very Large Databases. 1994 886. Antsev G.V., Makarenko A.A., Rogatchev V.A., Tournetski L.S., Volkov V.G. Objects Digital Detection Method on Thermal Sea Surface Images // The 8th International Con¬ ference and Exhibition «Digital Signal Processing and Its Applications. DSPA2006». M. March 29-31.2006. 887. Antsev G. V., Makarenko A.A., Sarychev V.A., Tournetski L.S. UAV Landing Simulation Model Software System // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. March. 2011. №3. 888. Antsev G. V., Makarenko A.A., Tournetski L.S. The Mathematical Model of the optoelec¬ tronic Aero Photos Projective Distortions Correction // Proceeding of the 3th Interna¬ tional Conference «Parallel Computation and Control Problems. РАС02006». М. ИПУ PAH. 2006. 889. Antsev G. V., Makarenko A.A., Tournetski L.S. The Usage of Biocybemetical Methods at Terminal Image Digital Processing for Maritime Object Recognition // The 8th Interna¬ tional Conference and Exhibition «Digital Signal Processing and Its Applications. DSPA2006». M. March 29-31. 2006. 890. Antsev G.V., Sarychev V.A., Tupikov V.A., Tournetski L.S. Radioelectronics for high precision guidance // 16th European Frequency and Time Forum (EFTF’02), St. Peters¬ burg. Russia. 2002. 891. Antsev G.V., Sarychev V.A., Tupikov V.A., Tournetski L.S. Radioelectronic automatic guidance systems for aerial vehicles // 14th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St.-Petersburg. 2007. 892. Borgeffors G. Hierarchical Chamfer Matching: A Parametric Edge Matching Algorithm 11 IEEE Trans, on PAMI. 1988. V. 10. № 6. 893. Chen F., Li F., Ho S., Wechsler H. Micro-Doppler Effect in Radar: Phenomenon. Mod¬ el, and Simulation Study // IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems. 2006. № 1. 894. Dong Guozhu, Jian Pet. Sequence data mining. Springer Science+Business Media. LLC. 2007. 895. FluryB. Principal points. Biometrika. 1990. № 77. 896. Maitre H. (Ed.) 11 Image Processing. ISTE Ltd. 2008. 897. McCluney W.R. Introduction to Radiometry and Photometry // Artech House. L.: GB. 2014. 898. Rastogi P. (Ed.) Digital Optical Measurement Techniques and Applications // Artech House. L.: GB. 2015. 899. Space Object Identification (SOI) // Schaefer Corporation. Task Report. Naval Research Laboratory. 1999. 900. Titterton D.H. Military Laser Technology and Systems // Artech House. L.: GB. 2015. I 713 |
Слово о Леониде Сергеевиче Турнецком Теперь уже никто не спросит моего секретаря: «А выдающиеся ученые здесь ра¬ ботают?», после чего ко мне в кабинет зайдет очень обаятельный, оттого что он прямо- таки светился добротой, довольно упитанный Леня Турнецкий. А называл он так меня потому, что в трудах одной из конференций, где мы с ним вместе были, ему удалось найти статью, где в перечислении великих ученых и философов - Сократа, Кеплера и еще какого-то весьма достойного мирового уровня ученого, нагло затесался я (статья, безусловно, не моя, а профессора Южного морского университета, который был поко¬ рен моим выступлением на предыдущей конференции), причем, без всяких промежу¬ точных слов - прямо в один ряд с классиками. Леня считал, что лишнее напоминание об этом казусе будет мне очень приятно. Он был очень надежным человеком, и это в первую очередь проявлялось по от¬ ношению к его домашним. Леня очень любил своего внука и свою дочь, постоянно гордился ее успехами в науке. Его самозабвенно любили женщины. Я не могу уж знать за что, но уверен, что там доминирующей составляющей была его доброта. Леню принципиально нельзя было оскорбить, он этого просто никак не мог ожидать от окру¬ жающих. Считал такие поползновения неудачной шуткой в свой адрес. Всегда подчер¬ кивал, что он ученик «самого» профессора В.А. Бесекерского - автора и сегодня хоро¬ шо цитируемых книг «Теория систем автоматического регулирования», «Динамиче¬
ский синтез систем автоматического регулирования», «Цифровые автоматические сис¬ темы», «Робастные системы автоматического управления». Такого почитания своих учителей я встречаю очень редко. Сам Леня является автором таких книг, как «Обзор¬ ная радиолокационная станция», «Передаточные характеристики линейных систем», «Переходные характеристики динамических звеньев», «Принципы применения геоин- формационных систем при управлении полетом летательного аппарата». Две его книги изданы в серии «Авиационные системы радиоуправления»: «Радиоэлектронные систе¬ мы самонаведения» и «Системы командного радиоуправления. Автономные и комби¬ нированные системы наведения». Всегда отмечал День радио и гордился своим званием «Почетный радист». С при¬ ходом мобильников он не ленился и всем своим друзьям рассылал SMS-ки с поздравле¬ нием с этим замечательным праздником. Считал, что он неслучайно родился именно в Кронштадте, где очень продуктивно творил А.С. Попов. Был очень коммуникабельным, его особенно ценили военные заказчики. Когда я оказывался в Москве в их структурах, всегда получал уйму однотипных пожеланий - «передай привет Лене». Его небольшой и очень дружный коллектив, в том числе, и по этой причине всегда был с заказами. А сколько замечательных специалистов - военных пенсионеров - он привел на наше предприятие! А как много он молодых профессиона¬ лов подготовил и воспитал! Он стоял у истоков первой базовой кафедры предприятия от учебного института с потрясающим названием Институт интеллектуальных систем и технологий, входившим в состав тогдашнего Политехнического университета. Как много тогда пришло к нам выпускников этого хорошо зарекомендовавшего института, который прекратил свое очень недолгое существование в лихие девяностые. Леня получил «всероссийское» звание «Заслуженный изобретатель России», ко¬ торое после него практически сразу же было отменено вместе с «Заслуженным рацио¬ нализатором», так что он был в какой-то степени носителем реликтового титула. У Лени была какая-то патологическая страсть постоянно увеличивать свой список научных трудов. По-моему он не пропускал ни одной конференции, хоть как-то ка¬ сающейся профиля его работы. Шутливо я просил его сжалиться надо мной, потому' что мне приходилось подписывать ему уйму актов экспертизы на печатание в откры¬ тых изданиях. Однако только по инициативе Лени у меня вместе с ним оказалась пуб¬ ликация в очень серьезном зарубежном журнале «Systems» от влиятельнейшего Аме¬ риканского института инженеров радиоэлектроники и электротехнике (IEEE) [882]. Когда он умер, то вышли еще несколько статей, причем одна из них в «Радиотехнике», а другая - в очень престижном секретном сборнике. Когда наше предприятие стало участвовать в издании сборника трудов «Пробле¬ мы транспорта», получавшего высокие оценки среди специалистов, Леня поставлял в него большое количество статей, как своих, так и друзей и учеников. Он стал в рамках этого сборника трудов основателем «журнала в журнале» «Проблемы интеллектуаль¬ ного транспорта», где он подготавливал соответствующие тематические подборки. Он был членом Международной академии транспорта, а также Академии навигации и управления движением, где он очень активно работал. Всегда участвовал в проведении ежегодной очень крупной и представительной Международной конференции по интег¬ рированным навигационным системам, которая проводилась под эгидой этой акаде¬ мии. На предприятии он был руководителем научной школы по созданию интегриро¬ ванных радиолокационных комплексов. В его научный актив следует занести трехка¬ нальную моноимпульсную радиолокационную систему, обоснование облика, состава и
характеристик систем самонаведения пятого поколения, комбинированных и интегри¬ рованных систем, оснащение БЛА эффективной авионикой. В последние годы он ин¬ тенсивно занимался обработкой оптических изображений, и основные результаты его исследований мы с соавторами использовали при написании этой книги. А теперь несколько житейских зарисовок Лени. По каким-то таинственным причинам он совершенно не ел самый, на мой взгляд, безобидный овощ - огурцы. Об этом прекрасно знали в «нашем» кафе. В этом малень¬ ком подвальном уютном кафе нас всегда очень приветливо встречали, а если мы пре¬ дупреждали заранее, то обслуживали только нас. Леня начинал застолье обязательно с маленькой кружки пива, о чем также прекрасно знали в этом кафе. Чувствовалось, что они им были очень очарованы, а потому всегда его выделяли из нашей компании и об¬ служивали по высокому классу. Все свои дни рождения мы отмечали одним и тем же составом только там. Но, видимо, слишком честно там велось хозяйство, например, не помню никаких повышений цен, а потому это кафе перестало существовать, что совпа¬ ло с началом тяжелого заболевания Лени. Один раз мы были с ним на конференции, и он умудрился жутко поранить палец в маршрутке, везшей нас из аэропорта на место дислокации. Леня сидел в переполненной маршрутке прямо около двери и должен был на остановках выпускать и впускать пас¬ сажиров, старательно работая «открывлыциком» той самой двери. И вот, захлопывая один раз дверь, он ею и защемил свой палец. Ему его забинтовали в медпункте, и мы все - участники той конференции - прекрасно помним, как он плавал, очень картинно держа тот забинтованный палец над водой. У него была возможность часто выезжать в Финляндию. Всегда мне привозил ка¬ кие-то подарки. До сих пор мне верой и правдой служит подаренный им будильник- радиоприемник, все ночь показывающий цифровое время. В большой моей комнате на видном месте висит подаренная им тарелка со стилизованным изображением Иеруса¬ лима. Видимо догадывался о моем увлечении Новым Заветом. Как долго я с ним бился, чтобы он бросил курить! Курил он много, кстати, красиво, соответственно и жутко кашлял, но добило его все-таки не прогнозируемый рак легкого, а сердце, не выдержавшее химеотерапии из-за онкологии. Последние годы не курил, бро¬ сил с помощью комплекса всяких там химикалий, но силы стали покидать его - всю до¬ рогу старался лишний раз присесть, даже на ступеньках лестницы нашего предприятия в ожидании автобуса. Последний раз я видел его 9 марта, он просил прямо на улице под¬ писать бумагу, что наше предприятие согласно быть ведущей организацией по доктор¬ ской диссертации его замечательного ученика. Кстати, в сентябре этот соискатель бле¬ стяще защитился. Ждал я Леню тогда долго, видимо, ему тяжело было одеваться и спус¬ каться. Назавтра он должен был лечь на очередной сеанс химеотерапии. Он, наверное, чувствовал, что скоро умрет, а потому Леня как бы подвел итоги своей жизни, сотворив на себя характеристику в лучших традициях советского време¬ ни, которую дал мне зачем-то на подпись. Я ее потом использовал при написании нек¬ ролога, который был опубликован в июльском (2013) номере очень престижного и по¬ читаемого среди специалистов журнала «Информационно-измерительные и управ¬ ляющие системы». Но в тот некролог вошла только малая часть того, что Леня хотел сообщить о себе миру. Поэтому я здесь считаю своим долгом лишний раз воспользо¬ ваться ситуацией и привести полный вариант его автобиографии «в форме характери¬ стики», но, к несчастью, переделанной мной под прошедшее время. Надеюсь, что его немудреная честная жизнь хорошего радиоинженера кого-то заинтересует. mmmtwmimmmm п* тя
Его отпевали в Шуваловской церкви. Пришло очень много народа, несмотря на то, что это был выходной и летний погожий день. По-моему даже пришлось ждать отпева¬ ния несколько дней из-за огромной загрузки этой церкви - ведь она обслуживает огром¬ ный жилой массив. То, что его отпевали в церкви, которая, как потом выяснилось от род¬ ных, ему нравилась, и он ее любил посещать, было совершенно правильно, поскольку он был верующим «на бытовом уровне». Когда нам с ним приходилось лететь на самолете, он перед взлетом всегда незаметно от всех осенял себя крестным знамением. По этой причине я как бы считал его для себя при авиационных перелетах талисманом. Пока мы ждали отпевания (а ожидание было, к сожалению, долгим) Лени, ко мне подошел один из моих сослуживцев и сказал, что на кладбище (также Шуваловском), «обслуживаемым» этой церковью, есть могила великого тенора Николая Константино¬ вича Печковского. Сегодня не составляет никакого труда познакомиться с его замеча¬ тельным голосом, приобретя диски с его записями (к сожалению, только CD). Была также хорошая телепередача о нем недавно покинувшего наш мир Александра Аркадь¬ евича Белинского. Сходил, посмотрел, убедился, что это тот самый великий певец, по¬ клонился. Я сразу же вспомнил свой девятый или десятый класс, когда мы пошли в не¬ далеко расположенный от нашей школы дом культуры им. Цурюпы (того самого нар¬ кома по продовольствию ленинского правительства, падавшего в годы Гражданской войны в голодные обмороки), где была лекция по математике профессора Депмана, ав¬ тора нескольких популярных книг. Впервые я услышал и запомнил на всю жизнь, как представляют ученых публике, именно так - профессор. Лекция не оставила у меня ни¬ какого впечатления, поскольку был простой пересказ своих книг, которые все были в моей библиотеке и которые я все к тому времени прочитал. А вот на выходе из дома культуры было с десяток восторженных женщин, которые, как оказалось, ждали самого (для меня тогда какого-то) Печковского, руководившего тогда самодеятельной оперной студией в этом доме культуры. Я воочию увидел всенародную любовь, которую не прервала очень сложная биография этого чудесного тенора. Так что Леня уходом из жизни, по крайней мере, для меня вновь утвердил свою принадлежность клану талант¬ ливых и любимых народом личностей. И опять Леня уже после своего ухода от нас мне дал маленький урок. Рядом с его могилой находится могила с хорошо выполненной в стиле мраморной мозаики иконой Серафима Саровского. И подпись - Сергей. Вот так, не важно, кто ты и когда ты жил, поскольку ты своей смертью вступил в новое самое загадочное качество. А в право¬ славной церкви идентификация ее приверженцев идет только по именам. И только имени, как считал умерший или посчитали его близкие, вполне достаточно для взаимо¬ действия с тем миром. Правда, я тут же вспомнил, что на нашем питерском Новоде¬ вичьем кладбище есть могилы женщин, где не указана дата их рождения - только смерти. Видимо им не хотелось, чтобы кто-то узнал об их возрасте и продолжал ве¬ рить, что он общался с очень молодой женщиной. Еще раз, спасибо, тебе, Леня, за твою жизнь, за то добро, которое ты так упорно нес всем нам! Мы действительно не можем тебя забыть. А вот и сама его автобиография. ТУРНЕЦКИЙ Леонид Сергеевич родился 24 июня 1946 г. в Кронштадте. После окончания в 1964 г. средней школы № 425 Кронштадта поступил на факультет «Радио¬ электронных устройств и вычислительной техники» Ленинградского института авиа¬
ционного приборостроения (ЛИАП). В 1970 г. с отличием окончил ЛИАП - радиоин¬ женер по специальности «Радиоэлектронные устройства систем управления летатель¬ ными аппаратами». Общий стаж работы по специальности 35 лет. С 1970 г. по 1986 г. работал в ЛИАП на кафедре «Радиоэлектронных устройств систем управления». Занимал должности - инженера, старшего и ведущего инженера, старшего научного сотрудника и заведующего лабораторией. Инженерную и научную работу совмещал в ЛИАП с педагогической деятельностью. В 1984 г. защитил кандидатскую диссертацию по специальности «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления». В период работы в ЛИАП участвовал в выполнении более 40 научно-исследо¬ вательских и опытно-конструкторских работ по заказам ленинградских и московских ведущих предприятий МРП и МАП, а также МО СССР, и внес значительный вклад в разработку принципов построения и путей технической реализации бортовых радиоло¬ кационных обзорно-прицельных систем и комплексов, систем посадки самолетов и систем самонаведения ракет. В 1986 г. переведен на работу во Всесоюзный НИИ радиоэлектронных систем НПО «Ленинец» в подразделение, затем преобразованное в ОАО «Научно-производст¬ венное предприятие «Радар ммс». Здесь занимал должности старшего научного со¬ трудника, начальника лаборатории, в настоящее время - начальник отдела проектиро¬ вания перспективных радиоэлектронных систем управления летательными аппаратами. С 1994 г. - заместитель главного конструктора. В 1989 г. присвоено ученое звание старшего научного сотрудника по специальности «Радиолокация и радионавигация». В 1988 г. закончил Высшие государственные курсы повышения квалификации руково¬ дящих, инженерно-технических и научных работников по вопросам патентоведения и изобретательства (ВГКПИ) и Курсы повышения квалификации при ЦНПО «Ленинец» по курсу «Системные методы и средства управления процессом создания и внедрения новой техники и технологии». За время работы на предприятии наиболее существенные инженерные и научные практические результаты получены и внедрены при создании бортовых радиоэлек¬ тронных информационно-управляющих систем и комплексов для крылатых ракет и беспилотных летательных аппаратов. В качестве ответственного исполнителя научно-исследовательской работы вел большой комплекс работ по созданию авиационного комплекса на базе беспилотного летательного аппарата, позволяющего осуществлять воздушный мониторинг на суще¬ ственном удалении больших площадей земной поверхности и значительно увеличить эффективность применения ракетного и артиллерийского оружия военно-морских и сухопутных сил МО РФ. Эта система в конверсионном направлении также позволит проводить оперативный мониторинг поверхности в зонах стихийных бедствий и ава¬ рий без непосредственного участия людей. Работу на предприятии совмещает с работой доцентом в ведущих университетах Санкт-Петербурга. За вклад в дело подготовки специалистов в связи со 100-летием СПб ГТУ в 1999 г. награжден юбилейной медалью Санкт-Петербургского государст¬ венного технического университета. В 2001 г. присвоено ученое звание доцента по ка¬ федре «Интеллектуальных систем управления». Всего за период педагогической деятельности подготовил более ста инженеров и двух кандидатов технических наук. 718
Автор более 510 научных и учебно-методических работ, в том числе 139-ти изобре¬ тений, 2-х монографий и 3-х методических пособий. Награжден: почетным званием «Заслуженный изобретатель Российской Федера¬ ции» (2009) за многолетнюю плодотворную изобретательскую и рационализаторскую деятельность как автор изобретений, имеющих важное государственное значение и внедренных в производство, внесший крупный вклад в технический прогресс, знаком «Изобретатель СССР» (1980), за вклад в развитие науки, техники, производства и экс¬ плуатации средств связи и телевидения значком «Почетный радист Российской Феде¬ рации» (2000), Министерством промышленности и науки присвоено звание «Почетный машиностроитель Российской Федерации» (2003), имеет почетное звание «Ветеран труда» (1998). Награжден общественными организациями: за вклад в создание вооружения и во¬ енной техники медалью им. В.Г. Грабина Российской академии ракетных войск и ар¬ тиллерии (2001), за вклад в укрепление позиций Российской науки Межотраслевым объединенным комитетом по наградам медалью «За укрепление авторитета российской науки» (2006), за достигнутые успехи в развитии транспортного комплекса медалью им. А.Н. Крылова Международной академии транспорта (2001), за большой личный вклад в научно-технический прогресс Международной академией авторов научных открытий и изобретений Почетным орденом «За смелость мысли» (2006) и Почетной медалью им. А.С. Попова «За заслуги в деле изобретательства» (2004), за вклад в соз¬ дание техники для Военно-морского флота серебряной медалью им. А.Н. Крылова Морского собрания Санкт-Петербурга (2005), памятной медалью им. П.Л. Капицы «Автору научного открытия» Российской академии естественных наук (2006). Награж¬ ден медалью «Лауреат конкурса - «Техника - колесница прогресса» за 2009 год. Пользовался заслуженным авторитетом и уважением среди сотрудников и руко¬ водства предприятия и коллег из других предприятий и организаций, военных институ¬ тов и управлений МО РФ и ВУЗов, активно участвовал в общественной жизни пред¬ приятия. Умер 17 июня 2013 г. (но это уже, конечно, добавлено мной, обращаю внимание, что рядом со своим днем рождения - есть такая закономерность). В. Сарычев
Научное издание Авторы: Георгий Владимирович Анцев Георгий Петрович Жигулин Александр Александрович Макаренко Валентин Александрович Сарычев ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНОГО ОРУЖИЯ Введение в теорию Монография Под редакцией Г. В. Анцева Графический материал для оформления книги предоставлен авторами Изд. № 86. Сдано в набор 20.06.2016. Подписано в печать 20.02.2017. Формат 70x1001/16 Бумага офсетная. Гарнитура Таймс Печать офсетная Печ. л. 45. Уч.изд.л. 67,5. Тираж 500 экз. Зак. № Издательство «Радиотехника» 107031, Москва, К-31, Кузнецкий мост, д. 20/6 Тел./факс: (495)621-48-37; 625-78-72,625-92-41 E-mail: info@radiotec.ru; www.radiotec.ru Отпечатано в типографии ООО «Галлея-Принт»
Анцев Георгий Владимирович - кандидат технических наук, доцент, действительный член Академии навигации и управле¬ ния движением, Генеральный директор - генеральный конструктор АО «НПП «Радар ммс» и АО «Концерн Мор- информсистема «Агат», заведующий кафедрой «Радиоэлек¬ тронные информационные системы и комплексы» СПбГЭТУ. Жигулин Георгий Петрович - действительный член Петров¬ ской академии наук и искусств, кандидат технических наук, доцент, профессор военной кафедры Университета ИТМО. Специалист в области информационной безопасности и прогнозирования информационных угроз, в том числе, по испытаниям и применениям высокоточного вооружения. Макаренко Александр Александрович - кандидат техничес¬ ких наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой, доцент Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, ведущий научный сотрудник АО «НПП «Радар ммс». Сарычев Валентин Александрович - доктор технических наук, профессор, действительный член Академии навигации и управления движением, член IEEE. Заместитель Генерального конструктора АО «НПП «Радар ммс» по радиолокации и радио¬ физике, главный научный сотрудник АО «Концерн «Мор- информсистема «Агат». На примере оптикоэлектронных систем самонаведения высокоточного оружия впервые показана возможность создания теории для радиоэлектронных информационных систем, функционирующих с координатными и некоординатными характеристиками объектов внешней среды. Основное внимание уделено особенностям и теоретическим основам построения оптикоэлектронных систем самонаведения, алгоритмическому обеспечению функционирования и вариантам реализации оптикоэлектронных систем самонаведения комплексов высокоточного оружия. Для научных и инженерных работников, аспирантов и студентов вузов, специализирующихся в области создания и эксплуатации систем управления средствами вооружения и военной техникой.