Фактор естественной изменчивости отражательно-излучательных характеристик объектов фоно-целевой обстановки (под действием сезонных, суточных, климатических, погодных условий) – общая проблема, которую в той или иной мере вынуждены решать все разработчики современных «интеллектуальных» систем наведения. Всестороннее изучение и прогнозирование этой изменчивости является неотъемлемым компонентом информационного обеспечения комплексов высокоточного оружия.
Работа «интеллектуальных» систем наведения комплексов высокоточного оружия (ВТО) основана на анализе и сопоставлении текущей и эталонной сигнальной информации. Для навигации на участках маршрутной коррекции и самонаведения на цель используются данные о геофизических (физических) полях. Пространственно-временные и статистические свойства текущей сигнальной информации непосредственно зависят от характеристик отражения (излучения) реальной фоно-целевой обстановки (ФЦО). Эти свойства должны адекватно учитываться при подготовке эталонов и алгоритмов работы головки самонаведения (ГСН) для эффективного обнаружения, распознавания и идентификации целей.
В этой связи актуальным и обязательным компонентом информационного обеспечения ГСН является формирование комплекса исходной фоно-целевой информации, под которой принято понимать совокупность количественно описанных сведений о спектроэнергетических и пространственных характеристиках отражения и излучения сигналов объектами ФЦО. Фоно-целевая информация, также иногда называемая сигнатурной информацией о целях и фонах, применительно к различным спектральным диапазонам работы приемника ГСН может включать следующие данные: интегральные и спектральные коэффициенты яркости, отражения, излучения, поглощения и пропускания, индикатрисы, диаграммы обратного рассеяния, распределения радиационных температур, интегральные и дифференциальные эффективные поверхности рассеяния, поляризационные характеристики, калиброванные радиолокационные (РЛ), тепловизионные портреты и т.д.
Естественная изменчивость отражательно-излучательных характеристик объектов ФЦО под действием сезонных, суточных, метеорологических и других факторов приводит к искажению пространственно-временного распределения яркостей и величин контрастов на эталоне по отношению к текущему сигналу (изображению), вследствие чего уменьшаются точность и устойчивость наведения. В общем случае при синтезе эталонов должны быть учтены особенности отражения (излучения) электромагнитных сигналов всеми элементами заданных фоно-целевых сюжетов применительно к спектральному диапазону и ракурсам наблюдения приемника ГСН, времени суток, условиям освещенности, влажности и т.д. При этом чем выше класс точности ВТО, тем более высокие требования при подготовке эталонов предъявляются к детальности и точности описаний фоно-целевой информации.
В настоящее время наблюдается качественный скачок в повышении требований к комплексу исходной фоно-целевой информации в общей структуре информационного обеспечения ВТО. Это определяется:
• стремлением к повышению точности наведения дальнобойного ВТО в условиях общемировой стратегии неядерного сдерживания;
• тенденцией к созданию оружия круглосуточного и всепогодного применения, что инициировало разработку многоканальных систем наведения с РЛ и ИК датчиками текущей сигнальной информации, в которых учет изменчивости характеристик ФЦО имеет специфические особенности.
Подготовка фоно-целевой информации для обеспечения ГСН ВТО должна основываться на анализе потребностей ВТО и уточнении предъявляемых требований к номенклатуре объектов ФЦО, базовому составу, формам представления, точностным показателям необходимого набора отражательно-излучательных характеристик, что позволяет конкретизировать базовый метод и средства получения фоно-целевой информации.
Принципиально существуют три основных метода получения фоно-целевой информации: математическое моделирование, физическое (масштабное) моделирование, натурные измерения и соответствующие им технические средства в виде моделирующих и измерительных комплексов.
Математическое моделирование отражательно-излучательных характеристик напрямую использует теоретические законы оптики, электро- и термодинамики. Оно наиболее экономически доступно, гибко для «настройки» на различные условия наблюдения и геофизические факторы. Вместе с тем этот метод не всегда может обеспечить достаточную точность расчетов в силу систематических погрешностей и ограничений, присущих любому математическому моделированию сложных природных процессов и явлений.
В состав стендов математического моделирования входят программные комплексы для расчета энергетических полей отражения (излучения) объектов и трехмерных сцен, результатов переноса излучения в атмосфере и его проецирования на плоскость наблюдения, помеховой обстановки. Расчеты проводятся применительно к наблюдению в видимом, ИК, РЛ каналах с учетом условий освещенности, рельефа и геометрической формы объектов (рис. 1).
Физическое или масштабное моделирование характеристик ФЦО предполагает проведение измерений в контролируемых условиях безэховых камер, испытательных бассейнов, лабораторных стендов с использованием моделей реальных объектов ФЦО при масштабировании длины волны электромагнитного спектра. Метод дает возможность детально изучить параметрическую изменчивость характеристик целей и набрать статистику измерений. Он незаменим при проверке адекватности теоретических моделей. Вместе с тем метод ограничен в возможности воспроизведения широкого диапазона параметров и условий наблюдения.
Наибольшую точность и достоверность среди методов получения фоно-целевой информации, а также при отработке технологий ее использования в ГСН обеспечивают натурные измерения в условиях, максимально приближенных к реальным. С этой целью может использоваться разнообразный набор измерительных средств, включая полигонные, авиационные, космические комплексы.
Точность измерений поддерживается средствами метрологического обеспечения, внутренней и внешней калибровки измерительной аппаратуры.
Так, бортовое оборудование современной самолетной лаборатории на базе самолета Ан-30 (рис. 2) обеспечивает измерения и цифровую регистрацию данных в ультрафиолетовом (УФ), видимом, ИК, РЛ диапазонах наблюдения. Возможна видеогиперспектральная съемка с одновременным формированием изображений в 100 и более спектральных каналах.
Проведение натурных измерений предполагает решение такого важного вопроса, как обоснование и выбор объектов — аналогов зарубежных целей и фонов в силу ограничения по доступности прямых измерений их характеристик. Выбор объектов-аналогов основан на использовании принципа локальных спектрально-временных подобий отражательных и излучательных характеристик различных объектов. На основе сопоставительного анализа прогнозируемых свойств целей и доступных аналогов выявляются спектральные области (например, в ИК или РЛ диапазонах), а также временные интервалы (участки сезонно-суточных циклов, режимы прогрева-остывания и др.), в которых динамика изменения характеристик принципиально схожа для сопоставляемых объектов в целом или для их отдельных важнейших элементов.
Результаты моделирования и измерений отражательно-излучательных характеристик после обработки подлежат каталогизации в виде компактных и удобных для практического применения формализованных описаний (моделей) фоно-целевой информации. Каталогизация предусматривает организацию специализированных баз данных фоно-целевой информации для хранения, пользования, своевременного обновления, санкционированного доступа к ним. Структура баз данных должна отвечать требованиям информационно поддерживаемых задач и технологических процессов.
Современный уровень и динамика дальнейшей «интеллектуализации» ГСН со всей очевидностью продемонстрировали необходимость изменения подходов к информационному обеспечению ВТО, в частности к фоно-целевой информации. Речь должна идти о формировании в структуре системы информационного обеспечения относительно самостоятельного направления – подсистемы фоно-целевого информационного обеспечения. На нее целесообразно возложить задачи оперативного планирования и организации подготовки фоно-целевой информации, ее сертификации, эксплуатации информационных баз данных, оперативного доведения информации до пунктов подготовки полетных заданий. В информационном плане такая подсистема должна быть развернута в виде централизованной иерархической сети баз данных фоно-целевой информации, дифференцированных по комплексам вооружения и зонам ответственности, сопряженных с базами разведывательной, картографической, гидрометеорологической информации, с возможностью централизованного и децентрализованного обновления и управления.
Вступайте в нашу группу
«Отвага 2004»
