Код документа: RU2727343C1
Изобретение относится к электромагнитной совместимости (ЭМС) интегрированных радиоэлектронных комплексов (РЭК) и может быть использовано для оценки их эффективности при функционировании в условиях действия непреднамеренных помех (НП) в интересах обеспечения ЭМС.
Анализ современного состояния техники в области бортовых РЭК показывает, что одной из объективно существующих тенденций является процесс интеграции радиоэлектронных средств (РЭС) в составе РЭК [1, 2], получивших название интегрированные РЭК [2]. Такие комплексы базируются, как правило, на летательных аппаратах (ЛА) [1], кораблях [2] и других мобильных или стационарных объектах, имеющих ограниченные пространственные (геометрические) размеры. Вследствие этого высокая плотность компоновки РЭС, интегрированных в такие РЭК, усугубляет проблему ЭМС их радиоэлектронных средств [1, 3]. При этом взаимовлияние РЭС по каналам «антенна-антенна», возникающее в результате электродинамического взаимодействия РЭС, крайне сложно поддается учету и оценке [1, 3, 4]. Вместе с тем наличие (кроме основных) побочных и внеполосных каналов приема/передачи информации приводит к возникновению дополнительного «паразитного» взаимодействия и еще более осложняет проблему обеспечения ЭМС интегрированных РЭК [3, 4]. Для принятия соответствующих мер по решению данной проблемы необходима текущая, а также прогнозируемая на шаг или на несколько шагов вперед (в реальном масштабе времени) оценка ЭМС в каждом цикле боевого функционирования анализируемого РЭК. В качестве такой оценки может быть использована оценка эффективности РЭК в условиях действия взаимных НП, создаваемых РЭС, осуществляющих совместное функционирование в составе РЭК. При этом получение адекватной оценки эффективности РЭК в условиях действия таких НП является актуальной задачей.
В общем случае задача оценки эффективности РЭК в условиях действия НП может быть решена следующим образом. Первоначально на основе заданных показателей эффективности применительно к различным типам РЭС рассчитывается эффективность каждого РЭС в условиях действия НП, далее на основе интегрального показателя вычисляется эффективность интегрированного РЭК [2].
Одним из показателей, предложенных для оценки эффективности РЭС в условиях действия НП (выбран в качестве прототипа) [5], является вероятность потенциального выполнения задач РЭС в условиях действия НП. В основу реализации способа, основанного на таком показателе, была положена вероятностная модель перехода РЭС из одного технического состояния (ТС) в другое. Под такими состояниями понимаются
где k - переменная цикла суммирования;
K - количество опытов (число реализаций);
Здесь
Li(k, j) - общее количество НП, взаимно не пересекающихся во времени, но преодолевших порог обнаружения i-го РЭС на интервале
Gi(k, j) - общее количество групп НП, образующихся на интервале
τg(b)(k, wb, j) - временной интервал превышения порога обнаружения b-ой группой НП
где wb - число НП, взаимно пересекающихся во времени в b-ой группе;
Пример образования во времени на интервале
Достоинствами способа-прототипа являются:
- универсальность показателя эффективности, применимого к любому типу РЭС, имеющему, в том числе режим приема, и условиям его функционирования;
- универсальность показателя эффективности, применимого к любому типу НП, действующих по каналам межантенных электродинамических (паразитных)__связей и поступающих на вход/входы приемников анализируемых РЭС;
- адекватный и точный учет непреднамеренного электродинамического влияния РЭС друг на друга как по основным, так и по побочным и внеполосным каналам приема/передачи сигналов, требуемый в интересах оценки эффективности РЭС и обеспечения ЭМС при их совместной работе;
- возможность оценки эффективности РЭС в реальном масштабе времени, начиная с заданного числа циклов (опытов) функционирования;
- отсутствие необходимости поиска, а также проведения других необходимых исследований по установлению характера и параметров процессов, адекватно отражающих смену состояний РЭС во времени.
Вместе с тем, отсутствие возможности получения результирующей оценки ЭМС совместного функционирования РЭС на одном объекте, является существенным недостатком способа-прототипа в случае его применения в интересах оценки ЭМС интегрированных РЭК.
Заявляемый способ обладает следующими основными достоинствами:
- возможностью точного учета НП, создаваемых РЭС в ходе совместной работы в составе РЭК, в специальном показателе эффективности функционирования интегрированного РЭК, не требующем априорных знаний статистических законов смены его технических состояний, а также состояний его РЭС в результате действия непреднамеренных помех;
- отсутствием необходимости учета возможных вариантов (комбинаций) технических состояний РЭС, интегрированных в состав РЭК, и, соответственно, технических состояний РЭК;
- высокой точностью оценки эффективности функционирования интегрированного РЭК в условиях действия любого типа НП, действующих как по основным, так и по побочным каналам межантенных электродинамических (паразитных) связей;
- возможностью реализации предлагаемого способа в имитационных математических моделях, создаваемых в интересах прогнозирования ЭМС на этапах разработки и испытаний интегрированных РЭК;
- возможностью получения текущих и прогнозируемых оценок эффективности функционирования интегрированных РЭК в реальном масштабе времени в условиях любого типа НП.
В общем случае предлагаемый способ может быть использован для получения оценки эффективности функционирования и принятия решений по обеспечению ЭМС бортовых (авиационных, корабельных) и наземных интегрированных РЭК в условиях НП, действующих как по основным, так и по побочным каналам межантенных электродинамических (паразитных) связей.
Одновременно, предлагается система для оценки эффективности интегрированных РЭК в условиях действия НП, реализующая заявляемый способ.
Сущность заявляемого способа поясняется на основе следующих математических моделей.
Интегрированный РЭК, состоящий из совокупности N функционально связанных РЭС, являющихся с точки зрения решаемых задач относительно «самостоятельными», вероятностно переходит из одного ТС в другое. Возможными состояниями такого РЭК являются: hw - работоспособное состояние, ht - состояние временного отказа и h0 - состояние полного отказа. Каждое из этих ТС, в свою очередь, определяется набором состояний РЭС и в общем случае представляется в виде
где h - вектор, который может быть представлен, например, в виде
α, β, γ - общее количество, соответственно, работоспособных РЭС, РЭС в состоянии временного отказа и РЭС в состоянии полного отказа; αмин, βмин, γмин - минимальное количество работоспособных РЭС, РЭС в состоянии временного отказа и полностью отказавших РЭС, задаваемое в интересах исследования, при котором считается, что РЭК находится, соответственно, в состоянии hw, в состоянии ht и в состоянии ho;
Вариант смены ТС радиоэлектронного комплекса в зависимости от ТС радиоэлектронных средств (например, трех радиоэлектронных средств) в условиях взаимных помех (фигуры 1-3) показан на фигуре 4.
Для расчета эффективности РЭК предлагается к использованию показатель РРЭК, учитывающий, в том числе, смену ТС (4) и позволяющий получать на практике оценки результатов совместного функционирования РЭС в цикле боевой работы интегрированного РЭК. Такая оценка осуществляется по мультипликативному критерию [3, 7] и основана на расчете вероятности потенциального выполнения РЭК своих задач в условиях действия НП и представляется в виде
Здесь N - количество РЭС, интегрированных в состав РЭК;
где Ri(j) и r - общее количество числа циклов i-го РЭС в j-ом цикле функционирования РЭК и, соответственно, текущий индекс суммирования циклов i-го РЭС в j-ом цикле функционирования РЭК; K, k - количество опытов (число реализаций) и переменная цикла суммирования соответственно;
где yi(j) - нормируемый весовой коэффициент, ранее назначенный экспертным путем в соответствии со степенью важности задачи, решаемой i-ым РЭС в j-ом цикле работы РЭК; yn(j) - весовой коэффициент n-го РЭС из совокупности коэффициентов, назначенных экспертным путем для всех РЭС, интегрированных в состав РЭК.
Суть заявляемого технического решения заключается в последовательной реализации следующих операций:
- определение текущих установленных параметров на передачу и прием каждого РЭС интегрированного РЭК;
- оценка электромагнитной обстановки (ЭМО) в соответствии с выражениями (2) и (3) применительно к каждому РЭС, функционирующему в режиме приема;
- расчет эффективности каждого РЭС (из состава РЭК) в условиях действия НП (в соответствии с вероятностью потенциального выполнения РЭС своих задач (6));
- расчет эффективности интегрированного РЭК согласно выражению (5).
Таким образом, реализация способа оценки эффективности на примере РЭК, состоящего из N РЭС, в условиях действия НП может осуществляться системой, структурная схема которой представлена на фигуре 5.
Суть такой схемы заключается в следующем. В первую очередь для системы определяются параметры режимов работы РЭС, соответствующие установленному режиму работы интегрированного РЭК. При этом ключевыми параметрами для каждого i-го РЭС являются: время, например, j-го цикла функционирования РЭК
Далее в предлагаемой системе оценивается ЭМО для каждого i-го РЭС, имеющего ПРМ. Непреднамеренные помехи, возникающие в результате электродинамического взаимодействия антенных устройств (АУ), обозначенных на фигуре 5, соответственно, номерами 101, 201, 301, действуют по входам каждого ПРМ (102, 202, 302), в результате чего задача оценки ЭМО может быть реализована в два этапа:
- принятие решения о наличии НП, преодолевших пороговый уровень
- измерение длительности действия НП
Одним из необходимых условий преодоления НП порогового уровня анализируемого ПРМ является достаточная величина мощности Рнп в момент ее поступления на вход приемника. При этом принятие порогового решения зависит от множества параметров РЭС, работающих на передачу, и при этом воздействующих на ПРМ, а также от параметров, собственно, самого ПРМ. Один из возможных вариантов расчета мощности НП показан в [3, 4], где Рнп определяется выражением
где Pn - мощность на выходе n-го передатчика;
Gn - коэффициент усиления (КУ) передающей антенны;
Gm - КУ приемной антенны;
ƒnп - частота НП, создаваемой n-м передатчиком (ПРД);
kν - ν-ый (ν=1, 2, …) коэффициент ослабления НП;
rmn - кратчайшее расстояние между m-ым приемником и n-ым передатчиком;
с0 - скорость света.
Следующий этап (после оценки ЭМО применительно ко всем РЭС, имеющим ПРМ) заключается в математическом вычислении эффективности всех РЭС, интегрированных в РЭК:
На заключительном (четвертом) этапе в СВ РЭК (400) поступают данные от каждого модуля оценки эффективности РЭС (численные значения
Система включает в себя интерфейс-модуль ввода-вывода (500), модуль СВ РЭК (400), модули оценки эффективности каждого РЭС (обозначены на фигуре 5, соответственно, 501, 502, …, 503), каждый из которых состоит из АУ (соответственно 101, 201, 301), приемника (102, 202, 302), измерительного устройства (ИУ), обозначенного, соответственно, номерами 103, 203, 303, СВ РЭС (104, 204, 304). Перечисленные устройства, за исключением РЭС (ПРМ и АУ), объединены в аппаратно-программный комплекс (АПК), обозначенный на фигуре 5 под номером 504. Входные сигналы в схеме обозначены цифрами без скобок, а выходные - цифрами в квадратных скобках.
Система работает следующим образом.
На входы 3, 4, 5 АУ1 (101), 13, 14, 15 АУ2 (201), …, 27, 28, 29 АУi (301) поступают (подаются) НП в виде
Проверка работоспособности, а также оценка надежности (достоверности) и универсальности предлагаемого технического решения проводились путем статистического математического моделирования на ЭВМ применительно к функционированию трех гипотетических РЭС радиолокационного типа (далее - РЭС) в составе гипотетического интегрированного РЭК (далее - РЭК). При этом имитировались РЭС, взаимно излучающие НП, характеризующиеся следующими параметрами: временем начала излучения t0; длительностью τНП; периодом следования импульсов ТНП; мощностью РНП.
Общие исходные данные РЭС при моделировании функционирования и проведении статистических испытаний:
- доверительная вероятность (при статистических испытаниях) Рдов = 0,95;
- вероятность правильного обнаружения полезных сигналов Рпо = 0,8;
- вероятность ложных тревог Рлт = 10-6;
- время цикла функционирования РЭК
- число опытов (реализаций) в статистических испытаниях K=10; 300;
- относительное среднеквадратичное отклонение (СКО) мощности импульса
- относительное СКО длительности импульса
- относительное СКО периода следования импульсов НП
Исходные данные для РЭС1:
- время начала излучения импульсов t0(c)=1;
- длительность импульсов τНП(с)=1;
- период следования импульсов НП
- время функционирования в режиме приема за цикл
- коэффициент важности с1=0,1; 0,33.
Исходные данные для РЭС2:
- время начала поступления НП t0(c)=1;
- длительность импульсов НП τНП(с)=1;
- период следования импульсов НП
- время функционирования в режиме приема за цикл
- коэффициент важности с2=0,33; 0,8.
Исходные данные для РЭС3:
- время начала поступления НП t0(c)=1;
- длительность импульсов НП τНП(с)=1;
- период следования импульсов НП
- время функционирования в режиме приема за цикл
- коэффициент важности с3=0,1; 0,33.
Графическое представление процесса формирования НП на выходах ПУ (ПУ1, ПУ2, ПУ3) при функционировании РЭК показано на фигурах 1-3, на которых напряжение импульсов НП от соответствующих РЭС обозначены
Результаты комплексной оценки эффективности РЭК (РРЭК), а также частных оценок РЭС
В частности, на фигуре 6 показано изменение эффективности РЭК и эффективности его РЭС в зависимости от длительности импульсов НП τНП, поступающих на входы РЭС, при различной относительной СКО мощности НП для следующих фиксированных данных (таблица 1).
Из приведенных зависимостей видно, что увеличение СКО мощности НП приводит к
На фигуре 7 представлена зависимость, аналогичная показанной на фигуре 6, но при других периодах следования НП и фиксированном отношении
Из представленных зависимостей видно, что увеличение периодов следования НП приводит к ожидаемому увеличению эффективности РРЭК. При этом увеличение отношения длительности τНП к периоду ТНП приводит к меньшему влиянию ТНП и общему снижению эффективности РЭК.
На фигуре 8 представлены результаты оценки эффективности РЭК (РРЭК), а также оценок РЭС
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что разброс численных значений РРЭК существенно не изменяется при K > 50. Зависимости 601, 602, 603, полученные для РЭС1 и РЭС3 приблизительно совпадают, откуда следует, что на входы этих РЭС поступает примерно одинаковое количество НП. Такой вывод объясняется относительно высокой частотой повторения НП, создаваемых РЭС2 и превышающих соответственно пороги
На фигуре 9 представлены результаты оценки эффективности РЭК и его РЭС в зависимости от продолжительности времени функционирования t при фиксированных данных, представленных в таблице 4.
Анализ графиков показывает то, что численные значения эффективности РЭК и интегрированных в него РЭС стабилизируются по мере увеличения времени t. При этом увеличение периодов
На фигуре 10 представлены зависимости, аналогичные показанным на фигуре 9, но за время 3-х циклов функционирования РЭК (в режиме 601 при трех разных наборах коэффициентов важности) при фиксированных других исходных данных, представленных в таблице 5. Номером «604» обозначена зависимость для K=10, номером «605» - для K=300.
Из приведенных результатов следует вывод о том, что коэффициенты важности существенно влияют на эффективность РРЭК, которая во втором цикле
Представленные результаты моделирования демонстрируют принципиальные возможности применения предлагаемого способа для оценки эффективности РЭК в условиях действия НП, возникающих в результате электродинамического «паразитного» взаимовлияния РЭС по каналам «антенна-антенна», в том числе по основным, побочным и внеполосным каналам приема/передачи информации.
Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволит осуществлять оценку эффективности РЭК, функционирующих в условиях действия непреднамеренных помех, адекватно и точно учитывая при этом качество функционирования и вклад (важность) каждого РЭС, интегрированного в его состав. На основе полученной оценки возможна выработка управляющих воздействий в интересах обеспечения ЭМС радиоэлектронных комплексов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ярлыков М.С., Богачев А.С., Меркулов В.И., и др. Радиоэлектронные комплексы навигации, прицеливания и управления вооружением летательных аппаратов. Т. 1. Теоретический основы. / Под ред. М.С. Ярлыкова./ - М.: Радиотехника, 2012.
2. Мочалов С.А. Автоматизированный синтез многофункциональной интегрированной радиоэлектронной системы. Методология исследования авиационных комплексов ВМФ. Монография. - М.: Радиотехника, 2014.
3. Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып. 1. Пер. с англ. / Под ред. А.И. Сапгира. - М.: Сов. Радио, 1977. - 352 с.
4. Феоктистов Ю.А., Матасов В.В., Батурин Л.И. и др. Теория и методы оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. / Под ред. Ю.А. Феоктистова. / - М.: Радио и связь, 1988.
5. Заявка на изобретение «Способ оценки эффективности радиоэлектронных средств в условиях действия непреднамеренных помех и система для его реализации», зарегистрированная Роспатентом под №2018109252 с датой приоритета от 15.03.2018.
6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. / Под редакцией Г. Гроше и В. Циглера. / 1980.
7. Горбунов В.М. Теория принятия решений. Учебное пособие, Томск-2010.
Группа изобретений относится к электромагнитной совместимости (ЭМС) интегрированного радиоэлектронного комплекса (РЭК) и может быть использована для оценки его эффективности при функционировании в условиях действия непреднамеренных помех (НП) в интересах обеспечения ЭМС. Способ оценки эффективности интегрированного радиоэлектронного комплекса в условиях действия непреднамеренных помех заключается в том, что на основании определения текущих установленных параметров на передачу и прием каждого радиоэлектронного средства (РЭС), интегрированного в состав РЭК, осуществляется обработка НП в приемниках (ПРМ) РЭС, поступающих по каналам «антенна-антенна», принимается решение о преодолении НП пороговых уровней и о техническом состоянии (ТС), в котором находится РЭС, после чего осуществляется оценка электромагнитной обстановки для РЭС в соответствии с выражением, определяющим, зависящим от измеренияигде- суммарное время действия НП, превысивших установленный порог обнаруженияв k-й реализации j-го цикла функционирования i-го РЭС;- временной интервал превышения порогаа-й НП, не пересекающийся на интервале временис другими НП, где- время (интервал) работы i-го РЭС на прием в j-м цикле функционирования;- временной интервал превышения порога g-й группой НП, представляемый через- вектор-строка- моментов времени окончания НП g-й группы, и- вектор-строка- моментов времени начала НП g-ой группы, где w- число НП, взаимно пересекающихся во времени в b-й группе. При этом оценку эффективности РЭС осуществляют на основе анализа ТС радиоэлектронных средств (три возможных состояния:- соответственно работоспособное состояние, состояние временного отказа и состояние полного отказа i-го (j-го, k-о) РЭС), и показателя эффективности РЭС, который определяется вероятностьюпотенциального выполнения i-м РЭС назначенных задач в условиях действия НП, где R(j) - общее количество числа циклов i-го РЭС в j-м цикле функционирования РЭК; далее на основании приоритетов РЭС (отраженных коэффициентами важности c) реализуется оценка эффективности интегрированного РЭК, не требующая учета всех возможных вариантов (комбинаций) технических состояний РЭС на основе вероятности Р(K, N, j) потенциального выполнения РЭК своих задач; здесь N - количество РЭС, интегрированных в состав РЭК. Система, реализующая способ по п. 1, содержит интерфейс-модуль ввода-вывода (500), специальный вычислитель (СВ) РЭК (400), модули оценки эффективности РЭС (501, 502, 503). Каждый из модулей состоит из антенного устройства (АУ), приемника (ПРМ), измерительного устройства (ИУ), специального вычислителя (СВ) РЭС. На входы 1, 2, 3 АУ(101), 13, 14, 15 АУ(201), …, 27, 28, 29 АУ(301) поступают НП в видеиа их учет осуществляется в зависимости от времени t по соответствующим основным, побочным и внеполосным каналам передачи сигналов. Система также содержит СВ РЭК (400) для расчета вероятности Рпотенциального выполнения РЭК назначенных задач в условиях действия НП; с выходов 1, 2, 3 интерфейс-модуля ввода-вывода данных (500) передаются значения векторов параметров Т, q, и С, результаты измеренных интервалов действия таких НПи- подаются с выходов 7 ИУ(103), 16 ИУ(203), …, 24 ИУ(303) на входы 10 СВ(104), 20 СВ(204), …, 34 СВ(304), где происходит их накопление и обработка (получениедалее информация о полученных значенияхпоступает на входы 35, 36, …, (i+34) СВ (400), где и рассчитывается вероятность Р; результат в виде эффективности всех РЭСи эффективности РЭК Рвыдается потребителю; перечисленные устройства, за исключением РЭС (ПРМ и АУ), объединены в аппаратно-программный комплекс (504). Реализация предлагаемого изобретения позволит осуществлять оценку эффективности интегрированного РЭК, функционирующего в условиях действия непреднамеренных помех, адекватно и точно учитывая при этом вклад (важность) каждого РЭС. На основе полученной оценки возможно принятие решений в интересах обеспечения ЭМС радиоэлектронных комплексов. 2 н.п. ф-лы, 10 ил., 5 табл.
Способ обработки результатов радиомониторинга