Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

МОДЕЛЬ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ, ИНТЕГРИРОВАННОЙ В РАДИОЛОКАЦИОННУЮ АВТОМАТИЗИРОВАННУЮ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННУЮ СИСТЕМУ

Толстых А.В. 1
1 ФГКВОУ ВО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»
В радиолокационных автоматизированных измерительно-информационных системах (АИИС) при воздействии преднамеренных помех возникают условия, приводящие к неопределенности и затрудняющие принятие управленческих решений. Для оказания информационной поддержки оператору АИИС в условиях неопределенности предлагается использовать компьютерную систему поддержки принятия решения (СППР). Результатом работы является модель измерения для СППР, интегрированной в АИИС, позволяющей распознавать неопределенность ситуационной обстановки в воздушном пространстве из-за аномалий в измерениях, вследствие воздействия преднамеренных помех. С учетом повторений сложных помеховых и целевых ситуаций оператору представляется возможность корректировать определенную часть базы данных и базы знаний СППР, повышая безошибочность (помехоустойчивость) выдачи целей на автосопровождение.
радиолокационная автоматизированная информационная система
условия неопределенности
преднамеренные помехи
система поддержки принятия решения
1. Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М. Динамические системы, устойчивые к отказам. – М.: Радио и связь, 1985. – 176 с.
2. Казаков И.Е., Артемьев В.М. Оптимизация динамических систем случайной структуры. – М.: Наука, 1980. – 384 с.
3. Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием / Под ред. Ю.М. Перунова. – М.: Радиотехника, 2003. – 416 с.
4. Толстых А.В. Обоснование необходимости информационной поддержки оператора радиолокационной автоматизированной измерительно-информационной системы, функционирующего в условиях неопределенности // сб. ст. по материалам ВНТК, посвященной Дню образования войск связи. – Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2015. – С. 214–216.
5. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1993. – 320 с.

Важной составной частью автоматизированной системы управления (АСУ) любого назначения является информационная подсистема, предназначенная для сбора и обработки информации об объектах, необходимой для управления. Способы получения информации об объектах, определяемые типами источников информации, обусловливают облик информационной подсистемы, информационного обеспечения АСУ. В данном случае источником информации выступает информационная система (ИС), определяемая, как взаимосвязанная совокупность технических средств, методов и персонала, используемых для сбора, хранения, обработки и выдачи радиолокационной информации в интересах достижения поставленной цели.

В радиолокационной ИС с помощью радиотехнических средств (РТС) осуществляется обнаружение воздушных объектов, измерение их координат и параметров движения, которое в радиолокации сводится к измерению параметров принимаемых сигналов, отраженных или излученных объектом. Участие в процессе измерения может принимать человек-оператор. В соответствии со своим опытом и знаниями он перед принятием решений об обнаружении целей и выдачи их на сопровождение производит оценку факторов (яркость отметки, скорость её перемещения по индикатору и т.д.), которые будут далее использованы при принятии решения. Рассматриваемая в дальнейшем ИС классифицирована, как радиолокационная АИИС.

Извлечение информации происходит при действии как внутрисистемных помех, так и помех от сторонних радиосредств, в том числе и специально создаваемых с целью подавления РТС. Основная цель средств радиоэлектронного подавления вероятного противника в отношении оператора АИИС состоит в том, чтобы нарушить возможность наблюдения за обстановкой или исказить реальную картину этой обстановки. Первая цель может быть достигнута с помощью активных, пассивных маскирующих помех, вторая цель – с помощью имитирующих и комбинированных помех [5].

Наиболее опасными для работы оператора, а в целом АИИС, являются имитирующие (дезинформирующие) помехи. По структуре они близки к полезным сигналам и поэтому создают в оконечных устройствах (на экранах индикаторов) АИИС отметки ложных целей, вводят в заблуждение операторов, снижают пропускную способность радиолокационных систем. Эффект воздействия помех такого вида сказывается в ухудшении качества обрабатываемой информации в результате ее разрушения или старения, что увеличивает степень неопределенности у оператора АИИС при принятии решений. Повысить эффективность работы, выполняемой оператором АИИС на этапе обнаружения и распознавания воздушных целей, возможно при своевременном обеспечении его подсказкой. Учитывая результаты анализа, проведенного в [4], для формирования подсказки целесообразно применять компьютерную СППР.

Объектами предметной области, рассматриваемыми в статье, являются все обнаруженные воздушные объекты или их группы, раздельно наблюдаемые на экранах индикаторов РТС – локационные цели, а также, учитывая сложную помеховую обстановку, созданную противником, – помехи, имитирующие воздушные объекты. Локационные цели подразделяются на воздушные цели (ВЦ), к которым относятся средства воздушного нападения противника и свои самолеты (СС), находящиеся на маршруте в соответствии с планом полетов.

В фазовом пространстве СС и ВЦ характеризуются стохастическим вектором Y(t) размерности nY с компонентами y1(t), y2(t), ... , yn(t). Y(t) является вектором-столбцом.

В состав вектора фазовых координат СС в общем случае входят [1]:

– параметры собственного движения СС в земной системе координат: модуль и угловые координаты вектора дальности, и их производные;

– параметры относительного движения СС и окружающих его объектов в связанной с СС системой координат: модули и угловые координаты окружающих объектов, и их производные.

Некоторые фазовые координаты могут подвергаться целенаправленному изменению посредством входных воздействий – управлений. Вектор управлений U(t) имеет размерность m ≤ n.

Математическая модель СС, как динамическая непрерывная нелинейная стохастическая система, находящаяся в одном из возможных состояний, имеет вид [2]

tolst01.wmf

tolst02.wmf (1)

где Y(t) – непрерывный nY – мерный вектор; A(Y, t) – вектор, характеризующий свободное движение СС; B(Y, t), F(Y, t) – матрицы с компонентами-функциями вектора Y(t); U(t) – вектор управления – детерминированная m – мерная векторная функция времени или фазовых координат; ξ(t) – nY – мерный вектор центрированного гауссовского белого шума с корреляционной функцией вида tolst04.wmf G(t) – матрица интенсивностей шума; δ(t – t’) – функция Дирака.

Практика показывает, что компоненты вектора фазовых координат СС, управлений или шума могут изменяться скачкообразно. По существу СС (а также ВЦ или имитирующая помеха) является системой со случайной структурой, и его удобно характеризовать номером структуры tolst05.wmf и вектором состояния Y(t). Тогда математическая модель СС, как нелинейная стохастическая система со случайной структурой, записанная в форме уравнения Коши, будет иметь вид [2]

tolst06.wmf

tolst07.wmf (2)

где tolst08.wmf – номер (индекс) структуры; S – число детерминированных структур. Остальные обозначения аналогичны обозначениям в (1).

В связи с тем, что информация в разрабатываемой СППР должна быть представлена в дискретном виде, необходим перевод уравнения (2) в рекуррентный вид. При большом числе уровней квантуемого сигнала и малом интервале дискретности по времени уравнение (2) может быть записано в рекуррентном виде в каждой s-й структуре [2]:

tolst09.wmf,

tolst10.wmf, tolst11.wmf (3)

где Y(t) – дискретная непрерывнозначная nY – мерная последовательность; ξ(k) – вектор центрированного дискретного гауссовского белого шума с матрицей корреляционных функций tolst12.wmf δkh – функция Кронекера; s(k) – дискретная последовательность – цепь.

Таким образом, СС как динамическая система со случайной структурой характеризуется номером детерминированной структуры и непрерывнозначным вектором фазовых координат в каждой структуре, т.е. расширенным вектором состояния [YT, S]T.

Модель ВЦ аналогична модели СС (3). В случае, когда ВЦ несанкционированно находится в зоне ответственности РТС и не реагирует на управляющие команды, из модели исключается третья составляющая, характеризующая управление. Модель ВЦ в этом случае будет иметь вид

tolst13.wmf,

tolst14.wmf, tolst15.wmf (4)

Помехи, имитирующие ВЦ, являются объектами-фантомами, возникающими в результате многократной ретрансляции зондирующих сигналов РЛС. Результатом ретрансляции является совпадение по всем основным признакам полезных и помеховых сигналов за исключением того, что действие помехи циклично, а длительность цикла ограниченна. Модель имитирующей помехи аналогична (4) и имеет вид

tolst16.wmf,

tolst17.wmf, tolst18.wmf (5)

При организации измерений, возможно, что не все компоненты вектора Y(t) в (3) доступны измерению. Тогда на интервале (t0, t), где t0 – начало измерений, фактически измеряется не весь вектор Y(t), а только часть его компонент. Это обстоятельство учитывается произведением C(t)Y(t), где C(t) – матрица измерений, в которой неизмеряемые составляющие – нулевые. В случае, когда в РТС применяются линейные безынерционные измерители, которые не изменяют своих свойств в процессе наблюдения, уравнение измерения записывается в виде m-мерного вектора Z(m ≤ n) с учетом вектора помехи N(t):

tolst19.wmf, (6)

где N(t) – m – мерный вектор центрированного гауссова белого шума с корреляционной функцией tolst20.wmf Q(t) – матрица интенсивностей шума; δ(t – t1) – функция Дирака.

Функционирование измерителя, как технического устройства, может быть описано в соответствии с режимами:

– нормальной работы – уравнением (6);

– аномальных измерений при наличии отказов – уравнением [3]

tolst21.wmf, (7)

где tolst22.wmf;

– неинформативных измерений (пропадание сигнала) – уравнением

tolst23.wmf. (8)

Наличие обратной связи в канале измерения приводит к тому, что свойства канала становятся зависимыми от процессов, протекающих в фильтре. Канал измерения РТС с обратной связью далее будет называться управляемым измерителем. Уравнение, описывающее функционирование управляемого измерителя, имеет вид [2]

tolst24.wmf, (9)

где U(t) – r – мерный вектор управлений; D(t) – известная tolst25.wmf – мерная матрица.

Для естественного согласования с измерением процессов типа (3) уравнение измерения будет иметь вид

tolst26a.wmf

tolst26b.wmf, (10)

где tolst27.wmf – tolst28.wmf – мерная матрица с известными при фиксированном значении S = s элементами; S – скалярная марковская цепь с конечным числом состояний tolst29.wmf; tolst30.wmf – измеряемый векторный процесс с изменяющейся в зависимости от s – структурой; tolst31.wmf – r – мерный вектор управлений в s-й структуре; tolst32.wmf – tolst33.wmf – мерная матрица с известными при фиксированном значении S = s элементами; tolst34.wmf – m – мерный вектор центрированного гауссова белого шума с tolst35.wmf матрицей интенсивностей в s-й структуре контура измерения.

Дискретный аналог уравнения (10) имеет вид

tolst36.wmf, (11)

где индекс k, соответствующий значению величин в правой части (10) в k-й момент времени, вынесен за квадратные скобки.

Для управляемого измерителя характерны режимы нормальной работы и аномальных измерений. Аномальные измерения, заключающиеся в скачкообразном изменении параметров измерителя или его выходного сигнала и производных, превышающих ограничения, могут быть обнаружены с помощью данного измерителя. Однако постепенные изменения параметров или развитие входных процессов по ложным траекториям с помощью измерителя (11), как правило, не обнаруживаются. Значительную трудность для оператора представляет анализ результатов измерения при информационном противодействии, целью которого является создание условий для неинформативных и ложных измерений.

Ложные измерения возникают в случаях слежения за сигналами имитирующих помех. Выше приведена общая модель (5) имитирующей помехи. При слежении за сигналом имитирующей помехи в информационном поле оператора могут, в частности, наблюдаться следующие эффекты: искажение числовых параметров фазовых координат целей; появление новых отметок целей; размножение отметки цели; пропадание отметок целей. Данные эффекты в модели измерения целесообразно учесть в виде, как мультипликативных, так и аддитивных составляющих. Тогда общая модель измерения в дискретном виде будет

tolst37.wmf, (12)

где B(S) – коэффициент, принимающий значения в диапазоне от 0 до 3 и моделирующий эффекты появления новых отметок целей, размножение отметки цели; пропадание отметок целей; G(S) – аддитивная составляющая, моделирующая искажение числовых параметров фазовых координат целей. При B(S) = 0 моделируется пропадание отметок целей, при 0 < B(S) < 1 моделируется замедление изменения фазовых координат целей, при 1 < B(S) < 3 моделируется ускорение изменения фазовых координат целей. Назначение коэффициенту B(S) значений больших, чем 3 нецелесообразно из-за имитации маневров, нехарактерных для воздушных целей и, кроме того, неизбежной малости kц в (5).

Модель измерения (12) интуитивно понятна оператору, который при определенной квалификации может использовать ее для корректировки определенной части базы данных и базы знаний разрабатываемой СППР. Данная модель подлежит согласованию с имеющимся алгоритмическим обеспечением АИИС и алгоритмическим обеспечением разрабатываемой СППР.


Библиографическая ссылка

Толстых А.В. МОДЕЛЬ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ, ИНТЕГРИРОВАННОЙ В РАДИОЛОКАЦИОННУЮ АВТОМАТИЗИРОВАННУЮ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННУЮ СИСТЕМУ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 12-2. – С. 268-271;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=35251 (дата обращения: 01.11.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074