Способ оценки воздействия непреднамеренных помех на качество функционирования радиоэлектронного средства обнаружения объектов со сканированием воздушного пространства и система его реализации Российский патент 2025 года по МПК G01R29/08 G01S13/02 H04B17/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной области техники и может быть использовано в обзорных и секторных радиоэлектронных средствах (РЭС), использующих сканирование пространства за счет излучения мощных зондирующих сигналов (ЗС) (на литерных частотах в разрешенном диапазоне) для определения места положения воздушных объектов в интересах обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС).

Уровень техники

Известны способы оценки эффективности радиоэлектронных средств в условиях действия непреднамеренных помех и системы их реализации [1 - Способ оценки эффективности радиоэлектронных средств в условиях действия непреднамеренных помех и система для его реализации RU 2686582 C1 2019], [2 - Способ оценки эффективности интегрированных радиолокационных комплексов в условиях действия непреднамеренных помех и система для его реализации RU 2727343 C1 2006], обладающие возможностью оценки эффективности РЭС на основе анализа технического состояния РЭС за счет определения суммарного времени действия непреднамеренных помех (НП) создаваемых РЭС, превысивших установленный порог обнаружения РЭС.

Недостатком рассмотренных способов является отсутствие возможности применения в РЭС, использующих сканирование пространства за счет излучения мощных зондирующих сигналов (на литерных частотах в разрешенном диапазоне) для определения места положения воздушных объектов, в связи с отсутствием математического аппарата для определения уровня воздействия непреднамеренных помех на рецептор помех в каждом азимутальном направлении сектора сканирования пространства.

Группа изобретений (1-2) была выбрана в качестве прототипов.

Заявленный способ обладает следующими достоинствами:

1) возможность оценки электромагнитной обстановки в реальном масштабе времени;

2) точное определение пеленга источника непреднамеренных помех;

3) применение к любому типу РЭС.

Раскрытие изобретения

Решаемой задачей (техническим результатом) является сохранение заданной дальности обнаружения РЭС воздушных объектов за счет снижения вероятности ложных тревог в условиях воздействия непреднамеренных помех (НП).

Указанный технический результат достигается тем, что после пороговой обработки принятого сигнала оценивается качество функционирования РЭС, формируется карта частот, показывающая наличие влияние НП на литерные частоты РЭС.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

В качестве оценочного показателя воздействия НП на РЭС используется коэффициент непреднамеренной помехи (КНП) k_нп, значение которого показывает, во сколько раз в среднем надо повысить порог приема в условиях воздействия НП, чтобы сохранить необходимое превышение порового уровня сигнала над помехой таким же, каким оно было без НП (заданное значение вероятности ложных тревог) формула 1.

где - порог приема РЭС в условиях воздействия НП; z₀ - порог приемного устройства РЭС при отсутствии помех.

Выбранный оценочный показатель связан с дальностью обнаружения РЭС формула 2. Характеризует качество функционирования и может выступить показателем качества функционирования РЭС:

где - текущее значение максимальной дальности обнаружения, D_РЭС - максимальная дальность обнаружения, заданная техническими требованиями.

Зависимость значения показателя качества работы РЭС от значения k_нп представлен на фиг. 1.

В предлагаемом способе k_нп используется как оценочный показатель при реализации оценки влияния НП на качество функционирования РЭС путем непрерывного анализа его значения.

За одно сканирование зоны обзора РЭС формируется вектор значений k_нп(β,ƒ_н), который содержит измеренные значения k_нп для каждого углового направления по азимуту зоны обзора Р при фиксированной частоте РЭС ƒ_н за один обзор пространства РЭС формула 3:

где k_нп(β_n,ƒ_н) - значение КНП для текущего углового направления по азимуту β_n (n номер направления от 0° до 360°) формирования диаграммы направленности (ДН) антенны РЭС при фиксированной частоте ƒ_н.

Так как воздействие НП вероятностный процесс, для проверки статистической гипотезы о наличии влияния НП на РЭС происходит накопление значений k_нп(β₃₆₀,ƒ_н) для каждого углового азимутального направления ДН антенны за период времени t. Вектора k_нп(β₃₆₀,ƒ_н) для каждого периода M_n (n номер периода) сканирования РЭС формируют матрицу значений k_нп(t,β,ƒ_н) по окончанию каждого периода сканирования Т_об диаграммы направленности антенны установленной зоны обзора РЭС формула 4:

где М - количество раз обзора установленной зоны сканирования РЭС, Т_об - время полного сканирования зоны обзора РЭС, k_нп1(β_n,ƒ_н,M_n) - КНП для углового направления по азимуту ДН при фиксированной частоте за n - обзор М.

Анализируя выборки значений КНП для каждого углового направления по азимуту, оценивается среднее значение случайной величины и среднеквадратическое отклонение (фиг. 2). Значимым выбирается значение КНП соответствующее критической точке области с доверительной вероятностью р=0,99. При этом значение коэффициента Стьюдента t выбирается из табличных по количеству значений КНП формула 6:

где - математическое ожидание КНП в оцениваемом угловом азимутальном направлении; - среднеквадратическое отклонение КНП в оцениваемом азимутальном направлении; t_W-1 - критерий Стьюдента; W - количество значений коэффициентов в выборке.

Критерием влияния непреднамеренной помехи на РЭС является выполнения условия формула 7:

где - пороговое значение КНП при котором сохраняется заданное значение вероятности ложных тревог в радиоприемном устройстве РЭС.

где Z_{0 max} - максимально допустимый порог приемного устройства РЭС для стабилизации ложных тревог.

Если выражение (7) выполняется, то принимается решение о воздействии НП на рабочей частоте РЭС с направления р. На угловых направлениях, для которых выполняется выражение (7) проверяются совпадения с пеленгом на соседние РЭС которые могут быть источниками НП, в соответствии с данными о расположении группировки РЭС в позиционном районе и оценивается возможность их взаимного влияния.

Вычисления на других рабочих частотах (в случае работы РЭС в режиме случайной перестройки частот или ручном режиме), в разрешенном частотном диапазоне РЭС осуществляется аналогично.

Вектор значений КНП k_{кнп РЭС} на всех возможных несущих частотах РЭС имеет вид формула 9:

Суть заявляемого технического решения заключается в последовательной реализации следующих операций:

- формирование вектора k_нп(β_n,ƒ_н) при фиксированной частоте РЭС ƒ_н за один обзор пространства РЭС (3);

- проверка статистических гипотез о наличии НП на фиксированной частоте ƒ_н (4);

- оценка влияния НП на РЭС (7);

- определение пеленга на источник НП.

Реализация способа определения воздействия НП в разрешенном частотном диапазоне работы РЭС осуществляется системой, предоставленной на фиг. 3, в 4 этапа.

Этап 1 формирования КНП РЭС для каждого углового направления ДН РЭС за один обзор рабочего сектора при фиксированной частоте. Непреднамеренная помеха поступает на вход радиоприемного устройства (РПрУ), в котором алгоритм выработки тревог регулирует порог чувствительности, установленный в РПрУ в зависимости от уровня ее воздействия. Решение о наличии НП принимается если фиксируется увеличение порового уровня приема. На этом этапе для текущего углового направления сканирования ДН в секторе обзора РЭС формируется k_{нп н}(ƒ_н,β_n). За один обзор сектора РЭС формируется вектор КНП при фиксированной частоте выражение (3).

Так как составляющая электромагнитной помехи зависит не только от характеристик источника помехи, но еще от ряда факторов, таких как тип РЭС, сроки и условия его эксплуатации, время года, окружающая ЭМО. В большинстве случаев влияние всех этих факторов может быть охарактеризовано только с позиции теории вероятности.

На этапе 2 проверки статистических гипотез о наличии НП при работе РЭС на фиксированной частоте осуществляется накопления векторов КНП за несколько обзоров, формируется матрица значений за время t, где t=МТ_об. Оцениваются выборки значений КНП для азимутальных направлений β_n, оценивается среднее значение случайной величины и ее среднеквадратическое отклонение

Этап 3 оценки влияния НП РЭС. На данном этапе осуществляется оценка влияния НП на дальность обнаружения РЭС и возможность выполнять свои функциональные задачи по предназначению. Если выражение (7) выполняется, то принимается решение о воздействии НП на рабочей частоте, на РЭС с направления β_n, текущее значение КНП и β_n фиксируется.

В ходе оценки влияния НП на РЭС, на литерных частотах, предусмотренных в РЭС формируется карта частот фиг. 4, которая фиксирует факт влияния НП на литерных частота РЭС.

Этап 4 определения пеленга на источник НП. Для угловых направлений где определено воздействие НП уточняется возможное расположение РЭС находящихся на этих направлениях. После определения места стояния РЭС (вероятного источника НП) уточняется его принадлежность, тип и технические характеристики для разработки рекомендаций направленных на обеспечение электромагнитной совместимости РЭС по согласованию со службами.

Представленная на фиг. 3 структурная схема системы для определения уровня воздействия НП в разрешенном частотном диапазоне работы РЭС, осуществляет реализацию перечисленных выше четырех этапов. Входные сигналы обозначены цифрами, а выходные - цифрами в квадратных скобках.

Система включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ), измерительное устройство (ИУ), вычислительный комплекс (ВК), радиопередающее устройство (РПУ), радиоприемное устройство (РПрУ), аппаратура измерения углового положения (АИУП). Перечисленные устройства входят в состав РЭС.

Система работает следующим образом.

На вход 10 РПрУ РЭС поступают НП в виде s_i(ƒ_н,t). На вход 5 ВК выдается информация о режиме работы РЭС с выхода [1] АРМ. На входы: 1 РПУ, 2 РПрУ, 3 ИУ, 4 АИУП передается информация об установленных параметрах и режиме работы РЭС с выхода [2] ВК. На вход 6 ИУ с выхода [3] поступают обработанные сигналы для анализа и работы автомата выработки тревог. На вход 8 ИУ с выхода [5] АИУП поступает информация об угловом положении ДН антенны РЭС. Результаты измерений k_нп(β_n,ƒ_н) за обзор выдаются на вход 7 ВК, где происходит их накопление, оценивается среднее значение случайной величины и среднеквадратическое отклонение сравнивание с Результат оценки влияния НП на функционирование РЭС в различных сочетаниях литерных частот выдается на вход 9 АРМ с выхода [6] ВК для отображения на видеомониторе оператора РЭС в виде карты частот. Оператор выбирает частоту, на которой НП осуществляют наименьшее влияние на качество решаемых РЭС задач. Либо в режиме автомат ВК выбирает автоматически частоту наименьше подверженной влиянию НП.

Проверка работоспособности, а также оценка достоверности и точности предлагаемого технического решения проводилась путем статистического имитационного моделирования на ЭВМ и натуральных испытаниях. Выявлено увеличение вероятности ложной тревоги при функционировании РЭС на частоте с соседними РЭС, следствием чего явилось большое количество ложных отметок от целей, нарушение ЭМС при работе РЭС на отдельных частотах привело к уменьшению отношения сигнал/шум и снижению вероятности правильного обнаружения на дальностях более 29,3 км, что подтверждается фактами срыва сопровождения двух из четырех сопровождаемых целей. Нарушение ЭМС привело к уменьшению максимальной дальности обнаружения на 38%, что на 18% больше допустимого значения при воздействии помех плотностью мощности эквивалентного источника до 3 кВТ/МГц с эквивалентной дальности постановки 200 км.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пат. 2686582 С1 Российская Федерация, МПК G01R 29/08 (2019.02). Способ оценки эффективности радиоэлектронных средств в условиях действия непреднамеренных помех и система для его реализации / Михеев В.А., Васильев А.В., Тетеруков А.Г., Кулик И.В., Тупченко И.Н.; заявитель и патентообладатель АО Концерн радиостроения «Вега».

2. Пат. 2727343 С1 Российская Федерация, МПК G01R 29/08 (2006.01)Способ оценки эффективности интегрированных радиоэлектронных комплексов в условиях действия непреднамеренных помех и система для его реализации / Михеев В.А., Васильев А.В., Тетеруков А.Г., Кулик И.В., Тупченко И.Н.; заявитель и патентообладатель АО Концерн радиостроения «Вега».

3. Апорович А.Ф. Статистическая теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. / Под ред. В.Я. Аверьянова. - Мн.: Наука и техника. 1984.

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. Сай П.А. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и радиоконтроль: Москва Радиотехника, 2015. - 395 с.

6. Посохин Н.И., Сонников В.Г., Максимов Ю.Н. Радиоэлектронная борьба: Санкт-Петербург, 2004. - 522 с.

7. Емельянов В.Е. Оценка характеристик обнаружения РЛС при воздействии помех от однотипных систем // Научный вестник МГТУ ГА 2000 №24 160 с.

Изобретение относится к измерительной области техники и может быть использовано в обзорных и секторных радиоэлектронных средствах (РЭС) для решения задач в интересах обеспечения электромагнитной совместимости. Техническим результатом при реализации заявленного решения является сохранение максимальной дальности обнаружения воздушных объектов РЭС за счет сохранения значения вероятности ложных тревог в условиях воздействия непреднамеренных помех (НП). Технический результат достигается за счет непрерывного анализа оценочного показателя воздействия непреднамеренной помехи, показывающего, во сколько раз надо повысить порог приема РЭС в условиях воздействия помех, чтобы сохранить вероятность ложной тревоги на прежнем уровне. Выявления источника постановщика НП для принятия мер, направленных на обеспечение ЭМС, по согласованию со службами. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения непреднамеренных помех (НП), воздействующих на радиоэлектронное средство (РЭС) обнаружения объектов со сканированием воздушного пространства, отличающийся тем, что после пороговой обработки принятого сигнала в приемном устройстве (РПрУ) происходит непрерывный анализ и расчет значений коэффициента непреднамеренных помех (КНП) для каждого азимутального направления сканирования диаграммы направленности антенны (ДН) РЭС, работающего на текущей литерной частоте, сравнение среднеквадратического отклонения КНП с пороговым значением, с последующим формированием карт частот, показывающих наличие влияния НП на литерные частоты РЭС, принятие решения о воздействии НП на РЭС и возможность ей выполнять функции по предназначению, определение вероятного направления на источник НП, разработка рекомендаций, направленных на обеспечение электромагнитной совместимости РЭС.

2. Система определения воздействия непреднамеренных помех на радиоэлектронное средство, реализующая способ по п.1, состоящая из программно-аппаратного комплекса, реализованного в РЭС, отличающаяся тем, что содержит измерительное устройство (ИУ), выполненное с возможностью измерения КНП для каждого углового положения антенны РЭС, вычислительный комплекс (ВК), реализующий оценку среднего значения случайной величины и среднеквадратическое отклонение КНП, сравнение его с пороговым значением, принятие решения о воздействии НП на РЭС и оценки влияния НП на дальность обнаружения РЭС, автоматизированное рабочее место (АРМ) для ввода параметров, режимов работы РЭС, формирования карт частот, и отображения результатов оценки влияния НП на РЭС, и выработки разработки рекомендаций, направленных на обеспечение их ЭМС.