CC BY
487
УДК 623.624.2
СТЕНДЫ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОМЕХ НА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ НАВЕДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ОРУЖИЯ С. Н. Артюх, Е. А. Левшин, В. Н. Рехвиашвили
Обоснован технический облик стендов полунатурного моделирования оптико-электронных систем наведения управляемого оружия, обеспечивающих проведение экспериментальных исследований эффективности воздействия помех на полуактивные лазерные, телевизионные и тепловизионные головки самонаведения Ключевые слова: стенд, головка самонаведения, управляемое оружие
Одним из основных методов по оценке эффективности воздействия помех на оптикоэлектронные системы наведения управляемого оружия (УО), обеспечивающим получение достоверных статистических оценок эффективности их подавления средствами оптико-электронного противодействия, является опытно-теоретический метод. Основу этого метода составляет математическое моделирование процессов наведения требуемых образцов оптико-электронных средств наведения УО с использованием при моделировании изображений фоноцелевой и помеховой обстановки, полученных в ходе испытаний средств оптико-электронного противодействия [1].
Существующие в настоящее время измери-тельно-регистрирующие комплексы и лабораторные установки обеспечивают исследование эффективности воздействия помех на конкретные оптикоэлектронные средства наведения управляемого оружия. В качестве показателей эффективности помех при проведении экспериментальных исследований с использованием этих комплексов используются такие информационные показатели как статистические характеристики ошибок сопровождения целей или вероятности срыва захвата цели и перенацеливания УО на ложную цель. При этом отсутствует возможность оценки основного показателя - промаха боеприпаса, наиболее полно характеризующего эффективность помех системам наведения управляемого оружия. Кроме того, исключается возможность исследования особенностей воздействия и оптимизации характеристик помех, эффективность которых определяется принципиально присущими контурам наведения особенностями динамики их наведения при сближении боеприпаса с целью.
Устранение этих недостатков может быть обеспечено на основе разработки смешанных моделей контуров наведения, имеющих в своём составе
Артюх Сергей Николаевич - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, канд. техн. наук, доцент, зам. начальника управления, тел. 8-910-349-54-30
Левшин Евгений Анатольевич - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, канд. техн. наук, зам. начальника отдела, е-таіі: [email protected]
Рехвиашвили Владимир Наполеонович - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, научный сотрудник, тел. 8-915-580-93-17
реализованные на персональных ЭВМ математические модели, имитирующие динамику полёта бое-припаса и кинематику его сближения с целью, а также реальные головки самонаведения, сигнал с которых поступает в математическую модель системы наведения боеприпаса, за счёт чего реализуется замыкание контура наведения.
Целью настоящей статьи является обоснование технического облика стендов полунатурного моделирования оптико-электронных систем наведения управляемого оружия, обеспечивающих проведение указанных экспериментальных исследований эффективности помех.
В зависимости от принципов работы (алгоритмов обработки информации) систем наведения управляемого оружия с учетом изменений фоноцелевой и помеховой обстановки следует выделить следующие варианты построения стендов полуна-турного моделирования:
- реальные условия распространения оптического излучения для исследования воздействия помех на полуактивные лазерные головки самонаведения (ПЛГС) управляемого оружия;
- синтезированные методом компьютерной графики условия распространения оптического излучения (слоя) для исследования воздействия помех на телевизионные (ТВГС) и тепловизионные (ТПВГС) головки самонаведения управляемого оружия.
Рассмотрим особенности построения стендов полунатурного моделирования.
Стенд полунатурного моделирования УО с ПЛГС предназначен для экспериментальных исследований эффективности помех полуактивным лазерным системам самонаведения по информационным показателям - статистическим характеристикам промахов боеприпаса в реальных условиях распространения оптического излучения.
Возможная структурная схема стенда приведена на рис. 1.
В состав стенда полунатурного моделирования входят:
- реальная полуактивная лазерная головка самонаведения УО;
- сервисная аппаратура запуска и задания режимов работы ПЛГС (пульты управления, блоки питания, преобразователь напряжения, вольтметры,
Рис. 1. Структурная схема стенда полунатурного моделирования управляемого оружия с полуактивными лазерными головками самонаведения
осциллограф);
- стенд мишенной обстановки;
- полупроводниковый лазер имитации целевого излучения;
- полупроводниковый лазер имитации помехо-вого излучения;
- подвижная каретка с механическим приводом и размещёнными на ней выходными элементами световодов целевого и помехового излучений;
- генератор кодовой последовательности, задающий временные характеристики излучения целевого и помехового лазеров, а также обеспечивающий запуск имитатора цели для формирования импульсного излучения подсвета с кодированной временной структурой и синхронизацию ПЛГС для приема кодированного излучения;
- оптическая система (линза) для имитации воздействия на ПЛГС лазерного излучения из дальней зоны;
- внешний модуль АЦП/ЦАП для преобразования аналогового сигнала с выхода ПЛГС, характеризующего угловую скорость поворота линии визирования «боеприпас-цель» ф, в цифровую форму, а также цифрового сигнала с выхода математической модели контура наведения боеприпаса, характеризующего текущее значение угла поворота линии визирования «боеприпас-цель» фк, в аналоговый сигнал.
Кроме того в состав стенда входят персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ):
- ПЭВМ-1 со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), предназначенная для визуализации физических процессов в ПЛГС при воздействии помех (характера изменения во времени отрабатываемых ПЛГС углов визирования цели, сигнала автоматической регулировки усиления (АРУ) и команды «Захват»), а также начальных уг-
ловых ошибок прицеливания ПЛГС;
- ПЭВМ-2, предназначенная для моделирования динамических звеньев контуров наведения боеприпасов (корректирующего фильтра, фильтра команд с ограничителем поперечной перегрузки, автопилота и кинематики сближения боеприпаса с целью), а также для накопления и статистической обработки результатов моделирования.
Полунатурная модель контура наведения УО с ПЛГС, реализованная с помощью стенда полуна-турного моделирования, должна функционировать следующим образом. Аналоговый сигнал с выхода ПЛГС, характеризующий угловую скорость поворота линии визирования «боеприпас-цель» ф ) преобразуется АЦП в цифровую форму и подаётся на вход математической модели контура наведения боеприпаса, подробное описание которой представлено в [2, 3]. Сигнал, характеризующий текущее значение фк(1) угла поворота линии визирования «боеприпас-цель», с выхода математической модели преобразуется с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) в аналоговую форму и поступает на механический привод каретки. Осуществляется перемещение каретки таким образом, чтобы угол между строительной осью ПЛГС и направлением на каретку с размещёнными на ней излучателями целевого и помехового сигналов был равен в процессе моделирования ф(1).
На излучатели выходного сигнала по световодам подаются целевое и помеховое лазерные излучения, генерируемые полупроводниковыми лазерами и промодулированные по амплитуде командами с генератора кодовой последовательности. Таким образом обеспечивается подача на вход реальной ПЛГС целевого и помехового лазерных излучений под углом визирования ф (?), изменяющимся в процессе моделирования по закону, аналогичному
закону изменения этого угла при работе реального контура наведения УО.
На входе ПЛГС необходимо установить линзу для формирования на фотоприемном устройстве ПЛГС изображения точечного источника цели или помехи, имитируя в лабораторных условиях приход лазерного излучения на ПЛГС из дальней зоны. Указанный эффект достигается путём удаления линзы от каретки на расстояние, равное фокусному расстоянию этой линзы. Промах в конце имитации процесса самонаведения определяется по данным с математической модели контура наведения боепри-паса.
Ключевым элементом стенда полунатурного моделирования является стенд мишенной обстановки, обеспечивающий согласованную работу реальных физических элементов и математической модели. Для воспроизведения процесса наведения бое-припаса с ПЛГС в двух плоскостях стенд мишенной обстановки должен обеспечивать перемещение каретки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Длина рабочего хода каретки определяется возможным диапазоном изменения углов визирования цели ф, который при подлёте боеприпаса к цели и действии помех может достигать величин порядка 20°...30°. При величине фокусного расстояния линзы / =2 м такой диапазон изменения угла ф будет обеспечен при длине рабочего хода каретки порядка 1 м.
Точность 8ф воспроизведения угла перемещением каретки должна быть не более 0,02 полуширины пеленгационной характеристики головки самонаведения й/2. При й/2 = 3° = 0,05 рад точность воспроизведения угла принимает значение 8ф =
0,001 рад. При / =2 м такое значение точности 8ф будет обеспечено, если линейные ошибки позиционирования положения каретки не превысят 2 мм.
Максимальная скорость перемещения каретки, необходимая для отработки процесса перенацеливания ПЛГС на ложную цель, определяется с помощью выражения V = /й/2 -Т, где Т - время достижения первого максимума сопряжённым переходным
процессом типового контура наведения. При Т = 0,2 с максимальная скорость перемещения каретки будет равна v = 0,5 м/с.
Максимальное ускорение каретки q = v w определяется из условия отработки синусоидального воздействия с частотой w, соответствующей собственной частоте контура наведения, и с амплитудой, равной максимальной скорости перемещения каретки. При w я 1 Гц я б рад/с максимальное ускорение равно q = 3 м/с2.
Наиболее подходящим устройством для прецизионного перемещения источников цели и помех является линейно-крестовой стол на базе линейного синхронного двигателя серии LSM-24 со следующими характеристиками:
- максимальное перемещение по оси X (Y) 1054 (550) мм;
- точность перемещение 50 мкм/м;
- максимальная скорость перемещение 3,9 м/с;
- максимальное ускорение 4 g;
- максимальная масса нагрузки 50 кг.
Стенд полунатурного моделирования УО с ТВГС (ТПВГС) предназначен для экспериментальных исследований эффективности помех телевизионным (тепловизионным) системам самонаведения УО по информационным показателям - статистическим характеристикам промахов боеприпаса в синтезированных методом компьютерной графики условиях распространения оптического излучения (слоя).
На стенде должно обеспечиваться исследование помех, направленных на изменение фоноцелевой обстановки.
Возможная структурная схема стенда представлена на рис. 2, где использованы следующие обозначения: p - угол поворота линии визирования «боеприпас-цель», D(t) - дальность от боеприпаса до цели, J(p) - изображение ФЦПО в виде двумерного поля яркостей, трансформируемого в зависимости от значения угла p.
В состав стенда входят:
- реальная телевизионная (тепловизионная) го-
Рис. 2. Структурная схема стенда полунатурного моделирования управляемого оружия с телевизионными (тепловизионными) головками самонаведения
ловка самонаведения УО;
- сервисная аппаратура запуска и задания режимов работы ТВГС (ТПВГС) (видеоконтрольное устройство, пульты управления, блоки питания, преобразователь напряжения, вольтметры, осциллограф);
- имитатор фоноцелевой и помеховой обстановки (ФЦПО), в качестве которого используется монитор, на экран которого выводятся изображения ФЦПО, динамично изменяющиеся в реальном масштабе времени по сигналам модели формирования ФЦПО;
- персональный компьютер ПЭВМ-1 со встроенным аналого-цифровым преобразователем, предназначенный для визуализации физических процессов в ТВГС (ТПВГС) при воздействии помех;
- персональный компьютер ПЭВМ-2, предназначенный для моделирования динамических звеньев контуров наведения боеприпасов, кинематики сближения УО с целью, формирования динамично изменяющихся изображений ФЦПО, а также для накопления и статистической обработки результатов моделирования;
- оптическая система (линза) для имитации поступления на ТВГС (ТПВГС) оптических сигналов из дальней зоны.
- внешний модуль АЦП/ЦАП для преобразования аналогового сигнала с выхода ТВГС (ТПВГС), характеризующего угловую скорость поворота линии визирования «боеприпас-цель» ф, в цифровую
форму, а также цифрового сигнала с выхода математической модели контура наведения боеприпаса, характеризующего текущее значение угла поворота линии визирования «боеприпас-цель» фк, в аналоговый сигнал.
Полунатурная модель контура наведения УО с ТВГС (ТПВГС), реализованная с помощью стенда полунатурного моделирования, должна функционировать следующим образом.
Аналоговый сигнал с выхода ТВГС (ТПВГС), характеризующий угловую скорость поворота линии визирования «боеприпас-цель», преобразуется АЦП в цифровую форму и подаётся на вход математической модели контура наведения боеприпаса, на выходе которой в блоке кинематики сближения бое-припаса с целью определяются текущее значение угла поворота линии визирования ф «боеприпас-цель» и текущее значение дальности до цели Б.
В модели формирования ФЦПО имеется банк видеофайлов фоноцелевой и помеховой обстановки, полученных путём видеозаписи в полевых условиях результатов применения реального средства создания помех, либо последовательности изображений, синтезированных методами компьютерной графики. В модели формирования ФЦПО выполняются масштабные преобразования и преобразования сдвига этих изображений в соответствии с данными о текущих значениях параметров ф и Б, поступающими на его вход. По преобразованным таким образом и выведенным на экран имитатора ФЦПО изображениям работает реальная ТВГС (ТПВГС), реа-
лизуя замыкание контура наведения УО. На входе ТВГС (ТПВГС) установлена линза, обеспечивающая формирование изображений от имитатора ФЦПО на фотоприёмном устройстве ТВГС (ТПВГС) по закону дальней зоны, что достигается путём удаления линзы от имитатора ФЦПО на расстояние, равное фокусному расстоянию этой линзы.
Ключевым элементом стенда полунатурного моделирования является имитатор ФЦПО.
Для обеспечения качественного воспроизведения фоноцелевой обстановки на максимальном удалении УО от цели разрешающая способность экрана имитатора ФЦПО должна соответствовать максимальной разрешающей способности существующих экранов высокого разрешения, например не хуже 1024*768 пикселей.
Требования к линейному размеру имитатора ФЦПО определяются необходимостью воспроизведения диапазона изменения углов поворота линии визирования «боеприпас-цель» ±8ф в процессе наведения УО. Указанный диапазон зависит от начальных условий пуска (сброса) боеприпаса (высоты, дальности до цели, начального промаха) и, например, при пуске боеприпаса с горизонтального полёта носителя может достигать значений 0,2 рад. При фокусном расстоянии линзы формирования дальней зоны / =2 м требуемый размер экрана 1 оценивается по формуле I = 28 ф / и должен составлять не менее 0,8 м.
Требования к яркости экрана В определяются требуемым диапазоном рабочих освещённостей сцены Е и могут быть оценены по формуле В = Е/2-п. Для имитации рабочих освещённостей сцены (9.10)10 люкс яркость экрана должна лежать в диапазоне 1400... 1600 кд/м2.
При применении излучающих помеховых образований их максимальный контраст, определяемый как отношение яркости помехового образования к яркости защищаемого объекта, может достигать значений порядка 10. Поэтому, при контрасте 300:1 необходимо для воспроизведения на экране имитатора ФЦПО изображений защищаемых объектов, уровень воспроизводимых экраном контрастов при исследовании помех должен быть не меньше 3000:1.
Отличительной особенностью стенда полуна-турного моделирования УО с ТПВГС является то, что имитатор ФЦПО вместо формирования изображений в видимой части (для стенда полунатурного моделирования УО с ТВГС) должен формировать изображения ФЦПО в инфракрасной (ИК) части спектра.
Однако создание имитатора ФЦПО в ИК области спектра с высоким пространственным разрешением, соответствующим пространственному разрешению ТПВГС, является сложной технической задачей, решения которой вряд ли следует ожидать в обозримой перспективе.
Вместе с тем, алгоритмы обработки сигналов с выхода фотоприёмного устройства ТВГС практически полностью идентичны возможным алгоритмам
обработки сигналов с выхода фотоприёмного устройства ТПВГС. Поэтому, если трансформировать изображения ФЦПО из ИК области в видимую область спектра, то их можно использовать для исследования методом полунатурного моделирования процессов воздействия помех на УО с ТПВГС с использованием ТВГС и других элементов описанного стенда полунатурного моделирования.
На практике трансформация изображений ФЦПО, получаемых в ИК области спектра, в видимую область спектра выполняется при работе теп-ловизионных приборов и выводе соответствующих изображений на видеоконтрольное устройство для предъявления оператору.
Таким образом, с использованием стендов по-лунатурного моделирования с реальными оптикоэлектронными головками самонаведения управляемого оружия может быть обеспечено проведение исследований по оценке эффективности воздействия помех не только по информационным показателям
эффективности, но и по такому показателю как промах боеприпаса относительно цели.
Литература
1. Артюх С.Н., Левшин Е.А., Утёмов С.В., Пахомов Л.А. Направления развития методического обеспечения для оценки эффективности техники оптико-электронного подавления // Журнал «Радиотехника». - 2010. - № 25. -С. 34-38.
2. Левшин Е.А., Рыжов А.В. Математическая модель авиационного боеприпаса с лазерным наведением // Информатика: проблемы, методология, технологии: Сборник материалов VI Международной научно-методической конференции, ВГУ. - Воронеж: 2006. - С. 239-243.
3. Левшин Е.А. Принципы построения математической модели управляемой авиационной бомбы с лазерным наведением // Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования: Сборник материалов VIII Всероссийской научнопрактической конференции, Тамбовский ВВАИУРЭ (ВИ), ч.2. - Тамбов: 2006. - С. 250-255.
Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минобороны России (г. Воронеж)
STANDS POLUNATURNOGO OF MODELLING FOR CARRYING OUT EXPERIMENTAL RESEARCHES OF EFFICIENCY OF INFLUENCE OF HANDICAPES ON OPTIKO-ELECTRONIC SYSTEMS OF PROMPTING OF THE OPERATED WEAPON S.N. Artuch, E.A. Levshin, V.N. Rechviashvili
The technical shape of stands polunatumogo of modelling of optiko-electronic systems of prompting of the operated weapon, experimental researches of efficiency of influence of handicapes providing carrying out on half active laser, television and heatvision heads of homing is proved
Key words: stand, head of homing, the operated weapon
