Способ построения устройства имитации для радиолокационной станции
Способ построения устройства имитации для РЛС включает в себя этап формирования всех возможных вариантов построения устройства имитации для РЛС, этап оценки реализации функций в вариантах построения устройства имитации, этап оценки стоимости вариантов построения устройства имитации и этап оценки адекватности вариантов построения устройства имитации для радиолокационной станции. Обеспечивается получение наиболее эффективного варианта построения устройства имитации для РЛС с наибольшей степенью адекватности при ограничениях на стоимость. 3 табл., 3 ил.
Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при проектировании и построении устройств имитации для подготовки операторов радиолокационных станций (РЛС), предназначенных для контроля воздушного пространства, а также для функционально-диагностического контроля этих РЛС.
На РЛС, предназначенных для контроля воздушного пространства помимо основных задач (обнаружение воздушных объектов; определение их координат, состава и государственной принадлежности; выдача информации об обнаруженных воздушных объектах потребителям), также возлагается ряд других задач, в частности задача подготовки операторов данных РЛС, а также задача функционально-диагностического контроля систем и устройств, входящих в состав этих РЛС.
Для решения указанных задач подготовки операторов и функционально-диагностического контроля в состав РЛС необходимо вводить имитационное устройство, которое предназначено для имитации воздушной обстановки (эхо-сигналов от воздушных объектов; сигналы помех различного вида, а также сигналы, отраженные от местных предметов). При решении задачи подготовки оператора РЛС сымитированная воздушная обстановка отображается на экране рабочего места оператора, а при решении задач функционально-диагностического контроля РЛС сымитированные сигналы подаются на входы соответствующих устройств и систем РЛС (приемное устройство, аппаратура защиты от активных помех, система селекции движущихся целей и т.п.).
Для обеспечения высокой эффективности проведения функционально-диагностического контроля РЛС, а также высокого качества подготовки операторов РЛС, устройство имитации, входящее в состав РЛС должно обладать высокой степенью соответствия имитации воздушной обстановки реальной воздушной обстановке (особенности отображения воздушных объектов разных классов, особенности формирования траектории движения воздушных объектов разных классов, особенности отображения различного вида помех и т.п.), а также высокой степени соответствия имитации процессов применения РЛС реальным процессам применения РЛС (выбор различных режимов работы, переключение масштабов отображения радиолокационной информации, перестройка рабочей частоты РЛС и т.п.).
При этом устройство имитации для РЛС, должно удовлетворять функциональным требованиям, которые определяются исходя из предназначения РЛС, а также требованиям по стоимости построения устройства имитации.
Исходя из вышесказанного, задача построения устройства имитации для РЛС сводится к задаче выбора таких структуры и параметров устройства имитации для РЛС, чтобы устройство имитации, отвечающее выбранным структуре и параметрам, позволяло обеспечить реализацию заданных функциональных требований, удовлетворяла требованиям по стоимостей обладало максимальной степенью адекватности.
Из уровня техники известны способ автоматизированного управления процессом проектирования структуры системы управления техническими системами и устройство для его осуществления [1], которые могут применяться для проектирования многопараметрических объектов.
Недостатком известного способа и устройства является их узкая специализация - проектирование систем управления техническими системами различного класса, что не позволяет осуществлять проектирование и построение устройства имитации для радиолокационных станций, предназначенных для контроля воздушного пространства.
Задачей изобретения является получение наиболее эффективного варианта построения устройства имитации для РЛС с наибольшей степенью адекватности при ограничениях на стоимость.
Для достижения цели изобретения и решения поставленной задачи предлагается использовать способ построения устройства имитации для РЛС, основанный на декомпозиции задачи выбора рациональной структуры и устройства по последовательности процедур формирования вариантов построения устройства имитации.
Для дальнейшего описания изобретения необходимо определить следующие понятия:
Вариант построения устройства имитации для РЛС - совокупность отдельных элементов и взаимосвязей между ними, реализующая процессы имитации сигналов, характерных для той или иной воздушной обстановки (эхо-сигналы от воздушных объектов; сигналы активных шумовых помех; сигналы активных прицельных помех, сигналы импульсных помех различного вида, сигналы пассивных помех, сигналы опознавания, а также эхо-сигналы от местных предметов) с той или иной степенью адекватности.
Степень адекватности устройства имитации - степень соответствия имитируемой воздушной обстановки и процессов применения РЛС реальным.
Альтернативный вариант построения устройства имитации для РЛС - вариант построения устройства имитации для РЛС, в котором реализованы заданные функциональные требования.
Допустимый по стоимости вариант построения устройства имитации для РЛС - вариант построения устройства имитации для РЛС, в котором реализованы заданные функциональные требования, и стоимость которого не превышает допустимую.
Рациональный вариант построения устройства имитации для РЛС - вариант построения устройства имитации для РЛС, в котором реализованы заданные функциональные требования, стоимость которого не превышает допустимую, и степень адекватности которого максимальная.
Декомпозиция по последовательности выполнения процедур формирования вариантов построения устройства имитации для РЛС будет иметь следующий вид:
формирование множества V всех возможных вариантов 
построения устройства имитации для РЛС:
где N - число всех возможных вариантов построения устройства имитации для РЛС;
оценка сформированного множества V вариантов построения устройства имитации для РЛС и выделение из него подмножества V* альтернативных вариантов построения устройства имитации, реализующие заданные функциональные требования:
где 
- реализуемые вариантом 
функциональные требования, Fзад - заданные функциональные требования, N* - число альтернативных вариантов построения устройства имитации;
оценка сформированного множества V* альтернативных вариантов построения устройства имитации для РЛС и выделение из негоподмножества V** допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации для РЛС:
где 
- реализуемые вариантом 
функциональные требования, Fзад - заданные функциональные требования, 
- стоимость варианта 
, Сдоп - максимально допустимая стоимость создания устройства имитации, N** - число допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации;
• оценка сформированного множества V** допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации, и выбор рационального варианта построения устройства имитации для РЛС с максимальной степенью адекватности:
где 
- показатель, характеризующий степень адекватности i-го варианта построения устройства имитации для РЛС (коэффициент адекватности i-го варианта построения).
Общая схема процесса выбора рационального варианта построения устройства имитации для РЛС представлена на фиг. 1.
Исходными данными для построения устройства имитации дл РЛС являются:
• совокупность (множество) заданных функциональных требований Fзад, представляющая перечень функций, которые должны быть реализованы в устройстве имитации (определяются исходя из назначения РЛС, для которой производится построение устройства имитации (РЛС малых высот, РЛС средних и больших высот, РЛС боевого режима, РЛС дежурного режима и т.п.));
• максимально допустимая стоимость Сдоп создания устройства имитации для РЛС.
На этапе формирования множества всех возможных вариантов построения устройства имитации для РЛС формируется множество вариантов построения устройства имитации для РЛС, как совокупностей отдельных элементов, при этом каждый вариант построения устройства имитации формируется на основе структуры устройства имитации, которая представляет собой совокупность элементов устройства имитации, реализующих отдельные функции устройства имитации и совокупности параметров отдельных элементов устройства имитации, а множество вариантов построения устройства имитации для РЛС формируется путем перебора всех возможных комбинаций сочетаний элементов устройства имитации и их параметров.
Для снижения количества всех возможных вариантов построения устройства имитации (с целью уменьшения временных затрат), для параметров с плавно изменяющимися значениями принимаются три возможных значения: минимальное значение параметра, среднее значение параметра и максимальное значение параметра.
Далее, на этапе оценки реализации функций в вариантах построения устройства имитации производится оценка соответствия реализованных функций в каждом варианте построения устройства имитации из множества вариантов, сформированного на предыдущем этапе, заданным функциональным требованиям и производится формирование множества альтернативных вариантов построения устройства имитации.
Функциональные требования задаются из предназначения РЛС, для которой производится построение устройство имитации:
РЛС малых высот;
РЛС средних и больших высот;
РЛС боевого режима для обеспечения боевых действий истребительной авиации;
РЛС боевого режима для обеспечения боевых действий зенитных ракетных войск;
РЛС дежурного режима для контроля воздушного пространства во внутренних районах страны;
РЛС дежурного режима для контроля воздушного пространства в приграничных районах страны;
РЛС дежурного режима для обеспечения полетов авиации.
Далее, на этапе оценки стоимости вариантов построения устройства имитации, производится оценка стоимости каждого варианта построения устройства имитации, входящего во множество альтернативных вариантов построения устройства имитации, сформированного на предыдущем этапе. Стоимость 
i-го варианта построения определяется суммой стоимостей каждого элемента, входящего в i-й вариант построения:
где Sji - j-й элемент i-го варианта построения, - стоимость j-го элемента i-го варианта построения, ni - число элементов в i-ом варианте построения устройства имитации.
Из вариантов построения устройства имитации, стоимость которых меньше или равна максимально допустимой стоимости, формируется множество допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации.
Далее, на заключительном этапе оценки адекватности вариантов построения устройства имитации для РЛС, производится оценка адекватности каждого варианта построения из множества допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации, сформированного на предыдущем этапе, и выбирается рациональный вариант построения устройства имитации, имеющий максимальную адекватность.
Для оценки степени адекватности варианта построения устройства имитации предлагается трехуровневая система показателей (фиг. 2):
1-й уровень - фактор, характеризующий непосредственно оцениваемую характеристику (представляет собой группу комплексных показателей, именуемых «критериями»);
2-й уровень - критерии, характеризующие отдельные свойства оцениваемой характеристики (представляют собой группы единичных показателей, именуемых «оценочными элементами»);
3-й уровень - оценочные элементы, определяют заданное в критерии свойство (представляет собой единичный показатель, оцениваемый экспертным методом).
Применительно к решаемой задаче оценки адекватности устройства имитации для РЛС система показателей включает в себя (фиг. 3):
на 1-м уровне - фактор «Степень адекватности»;
на 2-м уровне - критерии:
а) «Имитация воздушной обстановки» (характеризует степень соответствия (адекватность) имитируемой воздушной обстановки реальной);
б) «Имитация процессов применения РЛС» (характеризует степень соответствия (адекватность) имитируемых процессов применения РЛС (переключение режимов запуска, включение той или иной аппаратуры защиты от помех, перестройка РЛС на другую частоту и т.п.) реальным процессам применения РЛС).
на 3-м уровне - оценочные элементы:
а) для критерия «Имитация воздушной обстановки» - двенадцать оценочных элементов (таблица 1);
б) для критерия «Имитация процессов применения РЛС» - девять оценочных элементов (таблица 2).
Каждый вариант построения устройства имитации, входящий в множество допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации оценивается экспертами по каждому оценочному элементу (например, для оценочного элемента «Маловысотные воздушные объекты» - оценивается степень соответствия (адекватность) имитируемых маловысотных воздушных объектов реальным маловысотным воздушным объектам; для оценочного элемента «Режим запуска РЛС» - оценивается степень соответствия (адекватность) имитации перехода РЛС из режима запуска «Частый» в режим запуска «Редкий» и наоборот реальному переходу РЛС из одного режима в другой).
Оценка каждого оценочного элемента производится по пятибалльной шкале (таблица 3).
Для оценки экспертами каждого варианта построения устройства имитации для РЛС с помощью каждого варианта построения устройства имитации воспроизводится имитируемая воздушная обстановка, которая должна включать в себя:
не менее трех воздушных объектов действующих на предельно малых высотах (высота полета менее 500 м);
не менее трех воздушных объектов действующих на малых высотах (высота полета от 500 м до 2000 м);
не менее пяти воздушных объектов, действующих на средних и больших высотах (высота полета более 2000 м);
не менее трех малоскоростных воздушных объектов (скорость полета менее 350 км/ч);
не менее двух скоростных воздушных объектов (скорость полета более 2500 км/ч);
не менее трех малозаметных воздушных объектов (с эффективной поверхностью рассеивания менее 0,5 кв. м);
не менее одного источника активных помех сильной интенсивности;
не менее одного источника активных помех средней интенсивности;
не менее одного источника активных помех слабой интенсивности;
формирование синхронных и несинхронных импульсных помех;
не менее одного источника пассивных помех (уровень помех не менее 2 пачек дипольных отражателей на 100 метров пути);
не менее 50% от общего числа воздушных объектов с сигналом «Я свой самолет»;
не менее 10% от общего числа воздушных объектов с сигналом «Бедствие»;
не менее одного воздушного объекта с сигналом «Тревога».
Воздушная обстановка, имитируемая с соблюдением указанных требований, позволяет произвести оценку всех оценочных элементов, входящих как в критерий «Имитация воздушной обстановки», так и в критерий «Имитация процессов применения РЛС».
Далее полученные оценки нормируются следующим образом:
где 
- нормированное значение оценки 
оценочного элемента k-ой метрики, оцененного i-м экспертом, 
- ненормированное значение оценки 
оценочного элемента k-ой метрики, оцененного i-м экспертом (по пятибалльной шкале, в соответствии с таблицей 3).
Определение усредненной оценки 
оценочного элемента по нескольким его значениям проводится по формуле:
где k - порядковый номер критерия, 
- порядковый номер оценочного элемента k-гокритерия, 
- нормированной значение оценки 
оценочного элемента k-ой метрики, оцененного i-м экспертом, Nэксп - число экспертов, производивших оценку.
Значения показателей критериев определяются следующим образом:
где: 
- число оценочных элементов в k-ом критерии, 
- весовой коэффициент 
оценочного элемента k-го критерия.
Весовые коэффициенты для каждого оценочного элемента также определяются экспертным путем исходя из предназначения РЛС, для которой производится построение устройства имитации, а также из того, что сумма значений весовых коэффициентов для оценочных элементов, относящихся к одному (k-му) критерию равна единице:
где 
- количество оценочных элементов в составе k-го критерия.
Значение показателя фактора «Степень адекватности», характеризующего степень адекватности варианта построения устройства имитации, определяется исходя из полученных ранее значений показателей критериев «Имитация воздушной обстановки» и «Имитация процессов применения РЛС» по формуле:
где 
- значение показателя критерия «Имитация воздушной обстановки», 
- значение показателя критерия «Имитация процессов применения РЛС».
Таким образом, предлагаемый способ позволит построить устройство имитации для РЛС, реализующее заданные функциональные требования, удовлетворяющее требованиям по стоимости и с максимальным уровнем адекватности имитации воздушной обстановки и процессов применения РЛС.
Источники информации
1. Пат. 2331097 Российская Федерация, МПК G05B 17/00, G06F 17/50, G06Q 90/00. Способ автоматизированного управления процессом проектирования структуры системы управления техническими системами и устройство для его осуществления / Селифанов В.А., Селифанов В.В., опубл. 10.08.2008.
Способ построения устройства имитации для радиолокационной станции, включающий в себя этап формирования всех возможных вариантов построения устройства имитации для радиолокационной станции, в ходе которого формируют множество всех возможных вариантов построения устройства имитации для радиолокационной станции путем перебора всех возможных комбинаций сочетаний элементов устройства имитации и их параметров, при этом для снижения количества всех возможных вариантов построения устройства имитации для параметров с плавно изменяющимися значениями принимают минимальное, среднее и максимальное значение; этап оценки реализации функций в вариантах построения устройства имитации, в ходе которого производят оценку соответствия реализованных функций в каждом варианте построения устройства имитации из множества вариантов, сформированного на предыдущем этапе, заданным функциональным требованиям и производят формирование множества альтернативных вариантов построения устройства имитации; этап оценки стоимости вариантов построения устройства имитации, в ходе которого производят оценку стоимости каждого варианта построения устройства имитации, входящего во множество альтернативных вариантов построения устройства имитации, сформированного на предыдущем этапе, и выбирают варианты, стоимость которых не превышает максимально допустимую, и далее из этих отобранных вариантов формируют множество допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации для радиолокационной станции; этап оценки адекватности вариантов построения устройства имитации для радиолокационной станции, в ходе которого производят оценку адекватности каждого варианта построения из множества допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации, сформированного на предыдущем этапе, и выбирают рациональный вариант построения устройства имитации, имеющий максимальную адекватность, при этом в качестве показателя, характеризующего адекватность устройства имитации, используют комплексный показатель, включающий в себя показатель, значение которого характеризует адекватность имитации воздушной обстановки, и показатель, значение которого характеризует адекватность имитации процессов применения радиолокационной станции, при этом указанные показатели оценивают экспертным путем с использованием отдельных оценочных элементов с учетом весовых коэффициентов значимости каждого оценочного элемента, а оценку указанных оценочных элементов производят для каждого варианта построения устройства имитации, входящего во множество допустимых по стоимости вариантов построения устройства имитации путем воспроизведения тестовой воздушной обстановки, которая включает в себя не менее трех воздушных объектов, действующих на предельно малых высотах, не менее трех воздушных объектов, действующих на малых высотах, не менее пяти воздушных объектов, действующих на средних и больших высотах, не менее трех малоскоростных воздушных объектов, не менее двух скоростных воздушных объектов, не менее трех малозаметных воздушных объектов, не менее одного источника активных помех сильной интенсивности, не менее одного источника активных помех средней интенсивности, не менее одного источника активных помех слабой интенсивности, формирование синхронных и несинхронных импульсных помех, не менее одного источника пассивных помех, не менее 50% от общего числа воздушных объектов с сигналом «Я свой самолет», не менее 10% от общего числа воздушных объектов с сигналом «Бедствие», не менее одного воздушного объекта с сигналом «Тревога».
