Именно оно должно являться фундаментом комбинированной системы испытаний перспективных авиационных комплексов радиолокационного дозора и наведения
Алексей БОНДАРЕНКО,
младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела НИЦ (г. Тверь) ЦНИИ ВВКО Минобороны России, кандидат технических наук
Виктор ГИНДРАНКОВ,
начальник научно-исследовательского управления НИЦ (г. Тверь) ЦНИИ ВВКО Минобороны России, доктор военных наук, профессор
Александр ЕГОРОВ,
научный сотрудник научно-исследовательского отдела НИЦ (г. Тверь) ЦНИИ ВВКО Минобороны России
Евгений КЛИМОВ,
научный сотрудник научно-исследовательского отдела НИЦ (г. Тверь) ЦНИИ ВВКО Минобороны России
Михаил СМИРНОВ,
адъюнкт очной адъюнктуры Военной академии ВКО Минобороны России
Сергей ЯГОЛЬНИКОВ,
начальник ЦНИИ ВВКО Минобороны России, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ
В современных условиях практически важным является совершенствование системы испытаний авиационных комплексов радиолокационного дозора и наведения (АК РЛДН). Особенностью создаваемых АК РЛДН нового поколения (НП) являются высокий уровень многофункциональности данных комплексов, использование в бортовых РЛС технологии активных фазированных решеток (АФАР) в различных диапазонах длин волн, внедрение в комплекс станций радиотехнической разведки (СРТР), режимов комплексирования и совместной обработки информации в оперативно создаваемых многопозиционных системах. Это существенно усложняет проведение испытаний и увеличивает их объём.
Целью статьи является разработка предложений по повышению эффективности испытаний АК РЛДН НП путем широкого использования наряду с летными экспериментами адекватных средств имитационного и полунатурного моделирования данных комплексов, что существенно снизит продолжительность и ресурсные затраты для принятия на вооружение АК РЛДН НП.
Применительно к созданию многофункционального АК РЛДН на этапах ЛКИ и государственных совместных испытаний (ГСИ) предполагается замена части натурных летных испытаний моделированием с использованием стендов комплексных имитационных моделей, т.е. предлагается внедрение так называемой комбинированной системы испытаний (КСИ).
Комбинированная система испытаний – это система, обеспечивающая оптимальное сочетание натурных летных экспериментов и испытаний с использованием специализированных средств имитационного и полунатурного моделирования. Данные средства моделирования позволяют обеспечить отработку функционально-программного обеспечения, оценку характеристик испытываемых образцов в сложной целевой и помеховой обстановке, а также ускорить испытания новой техники.
Под эффективностью КСИ понимается объем оцениваемых тактико-технических характеристик (ТТХ) АК РЛДН НП с заданным уровнем точности и достоверности при имеющихся ограничениях на продолжительность и стоимость испытаний.
В настоящее время проводятся испытания многофункционального авиационного комплекса радиолокационного дозора и наведения – А-100. При этом самолет А-100 является логическим развитием состоящего на вооружении ВКС самолета А-50У.
Предшествующий опыт принятия на вооружение техники АК РЛДН НП показал существенные материальные и временные затраты на проведение летно-конструкторских (ЛКИ) и государственных совместных испытаний (ГСИ). Так, продолжительность испытаний АК А-50 с радиотехническим комплексом (РТК) «Шмель» совместно с опытной эксплуатацией составила около 10 лет, при этом было совершено более 800 полетов. В этой связи практически важным является совершенствование системы испытаний, направленной на снижение ресурсных затрат и ускорение поставки в войска техники АК РЛДН нового поколения.
Характерным при создании АК РЛДН НП является кардинальное увеличение объема испытаний (рис. 1) по числу проверяемых тактико-технических характеристик (ТТХ).
Для современного этапа развития требуется в несколько раз снизить продолжительность государственных совместных испытаний (от 8/4 лет соответствующих испытаниям комплексов А-50 и их модернизированного варианта (А-50У), до 2-3 лет (рис. 2). Такая продолжительность испытаний обусловлена необходимостью ускоренной поставки АК РЛДН НП в войска.
Если идти традиционным путем при испытаниях многофункционального АК РЛДН НП, а именно наращиванием общего числа летных экспериментов (требуется до 500 летных экспериментов на этапе ГСИ), то ресурсные затраты только на полеты превысят 2 млрд. руб. (рис. 3), не считая других затрат.
По этой причине при создании АК РЛДН НП, разрабатываемого в ходе ОКР, требуется разработка новых методов и моделей проведения испытаний, учитывающих как ресурсные и временные ограничения, так и необходимость повышения качества оценки ТТХ поставляемых в ВС РФ АК РЛДН НП.
Применительно к созданию АК РЛДН НП, а в перспективе беспилотных летательных аппаратов РЛД большой продолжительности полета, предлагается использовать комбинированную систему испытаний для этапов летно-конструкторских и государственных совместных испытаний (рис. 4). При этом ожидается повышение эффективности испытаний, снижение прогнозируемых затрат на отработку данных комплексов.
Вследствие того, что часть натурных испытаний АК РЛДН НП заменяется имитационным и полунатурным моделированием, важной задачей является проверка КИМ и КСПМ на адекватность. Под адекватностью моделей понимается их идентичность по определенным признакам (показателям) реальному объекту испытаний, т.е. соответствие между результатами функционирования реального АК РЛДН НП и его модели в заданных условиях по оцениваемым показателям.
Учитывая тенденцию развития средств воздушно-космического нападения (СВКН), опыт боевого применения самолетов ДРЛОУ в зарубежных странах и многообразие решаемых задач в группировках ВС по воздушным, надводным, наземным и баллистическим целям, АК РЛДН НП обладают высоким уровнем многофункциональности.
Многофункциональность априори предполагает большой объем испытаний по оценке информационных и управляющих возможностей АК РЛДН НП, оценки боевых возможностей комплекса.
Также характерным при создании АК РЛДН НП является наличие большой кооперации предприятий-соисполнителей, каждое из которых развивает собственную стендовую базу по отработке отдельных подсистем многофункционального бортового РТК (МБРТК).
Тем не менее, без принятия специальных организационно-технических мер по координации и реализации системного подхода затруднительным будет осуществление высокоточной оценки ТТХ комплекса с использованием имеющихся в кооперации разработчиков средств имитационного и полунатурного моделирования.
Структурно КСИ перспективных АИУК состоит из следующих блоков (рис. 5): управления КСИ, задания внешней тактической обстановки, проведения летных экспериментов, полунатурного моделирования, имитационного моделирования, взаимной калибровки моделей, проверки моделей на адекватность, оценки ТТХ АИУК на этапах ЛКИ и ГСИ.
Взаимодействие основных параметров (блоков) комбинированной системы испытаний АК РЛДН НП приведено ниже.
В блоке управления КСИ задаются: исследуемый вариант КСИ; АК РЛДН для которого обосновывается КСИ; внешние условия при проведении испытаний АК РЛДН, в том числе параметры целевой и помеховой обстановки в зоне его действия.
В блоке задания внешней тактической обстановки формируется воздушная обстановка, представляющая собой набор траекторий воздушных объектов, а также дополнительные признаки этих объектов, на основании которых выполняется классификация воздушных объектов.
Воздушная обстановка в качестве эталонной информации подается на блоки: полунатурного моделирования, имитационного моделирования. Данные блоки согласно множеству реализуемых алгоритмов и моделей для испытываемого варианта АК РЛДН НП формируют выходную информацию (ВИ1-2).
В блоке оценки ТТХ АК РЛДН НП на этапах ЛКИ и ГСИ производится регистрация и оценка результатов эксперимента, производится идентификация (отождествление) эталонной информации (ЭИ) и выходной информации (ВИ1-2) с детализацией оценок как по отдельным испытаниям, так и по множеству задаваемых реализаций.
В блоке взаимной калибровки моделей, на основе полученных РП1-2 формируются управляющие параметры калибровки моделей (ПК1-2). Кроме того, данный блок выдает регистрируемые параметры (РП1-2) для обеспечения взаимной калибровки моделей, в том числе по результатам летных экспериментов (РЛЭ). Данный блок обеспечивает управление параметрами моделирования для реализации одновременно как оценки всего перечня ТТХ, так и заданной оперативности оценки характеристик с обеспечением большого объема статистических испытаний.
Блок проверки моделей на адекватность обосновывает степень детализации и учета в моделях АК РЛДН НП «узких мест» для достижения одновременно адекватности моделирования и оперативности расчета ТТХ.
При внедрении такой системы испытаний в практику оборонно-промышленного комплекса (ОПК) и полигонов достигается существенное уменьшение временных и стоимостных затрат, и тем самым ускоряется поставка новой техники в войска.
Для выявления свойств АК РЛДН НП, как источника информации, применяются частные показатели качества траекторной информации, отражающие законы распределения характеристик траекторной информации. Наиболее информативными показателями являются совместная функция распределения (или плотности распределения вероятностей) набора характеристик траекторной информации и функции распределения (плотности распределения вероятностей) отдельных характеристик траекторной информации. При условии, что вид закона распределения может быть установлен, в качестве показателей могут быть выбраны параметры этого закона распределения – математическое ожидание и дисперсия (или среднеквадратическое отклонение).
Наиболее сложным и объемным в процессе организации комбинированной системы испытаний является проверка на соответствие ТТЗ многорежимной бортовой РЛС, входящей в состав БРТК и являющейся основным информационным датчиком при применении комплекса по воздушным, надводным, наземным целям и нестратегическим ракетным средствам нападения (НРСН).
Внедрение технологий АФАР в технику АК РЛДН НП требует еще большего числа экспериментальных исследований в интересах отработки заданного низкого уровня боковых лепестков бортовой РЛС, работающей на фоне мощных отражений от подстилающей поверхности, а также при воздействии активно-шумовых и когерентных ответно-импульсных помех.
Следовательно, внедрение комбинированной системы испытаний с использованием средств имитационного и полунатурного моделирования связано с преодолением следующих трудностей:
— обеспечение системной увязки пространственно-распределенных стендов и моделей создаваемого АК РЛДН НП для реализации высокоточных оценок ТТХ с использованием специально разработанных для проведения испытаний средств имитационного и полунатурного моделирования;
— проведение сертификации КСПМ и КИМ и проверка их на адекватность по заданному перечню характеристик АК РЛДН НП;
— определение вариантов оценки характеристик и испытаний АК РЛДН НП, применяющей технологии АФАР;
— необходимость проведения большого объема испытаний АК РЛДН НП, содержащего разнотипные информационные датчики. Это многорежимная БРЛС, станция радиотехнической разведки (РТР), радиолокатор синтезирования апертуры, применяемый для решения задач обнаружения и распознавания наземных целей;
— необходимость оценки не только информационных, но и управляющих возможностей комплекса, а также его боевых возможностей в вариантах радиотехнического поста;
— необходимость разработки в сжатые сроки специального программного обеспечения бесполетных (наземных) испытаний АК РЛДН НП, включающего в свой состав комплексы математических моделей для адекватной имитации целевой и помеховой обстановки, параметров огневого противодействия СВКН, комплексы методик и программ по оценке характеристик информативности МБРТК по типам средств нападения, а также показателей качества станции РТР;
— обоснование в Программе испытаний оптимального сочетания натурных летных экспериментов и средств имитационного и полунатурного моделирования с учетом имеющихся ресурсных и временных ограничений при испытаниях АК РЛДН НП.
Целью построения КСПМ при создании АК РЛДН НП является разработка соответствующего требованиям полигона инструмента для высокоточных оценок характеристик, обеспечивающего без включения СВЧ излучения полунатурное моделирование подсистем МБРТК, а также оценку тактико-технических характеристик комплекса в сложной целевой и помеховой обстановке.
Для выполнения этих функций на базе головного предприятия по разработке АК РЛДН НП решались следующие задачи:
— разработка технологии создания аппаратно-программных средств для оценок характеристик АК РЛДН НП в вариантах радиотехнического поста и воздушного пункта наведения, обеспечивающих в условиях наземных бесполетных испытаний полунатурное моделирование подсистем МБРТК, а также оценку тактико-технических характеристик МБРТК в сложной целевой и помеховой обстановке;
— разработка аппаратно-программного стенда полунатурного моделирования (АПСПМ) подсистем МБРТК;
— разработка аппаратно-программного комплекса регистрации и оценки результатов экспериментов (АПКРО).
Для повышения точности оценки характеристик многорежимной БРЛС и повышения адекватности моделирования требуется измерение параметров ДН, определение различных видов нестабильностей в трактах АФАР.
Для этого создается стенд наземной отработки АФАР, позволяющий экспериментально оценивать параметры создаваемых антенн.
В процессе проведения натурных экспериментов могут быть получены отдельные случайные реализации результатов функционирования АК РЛДН НП при заданных условиях воздушной обстановки. Для получения высокоточных оценок показателей качества в виде параметров законов распределения необходимо накопление статистики по испытаниям как при одних и тех же вариантах воздушной обстановки, так и при разных вариантах обстановки. Практически важным является совместное использования результатов натурных, полунатурных испытаний и имитационного моделирования для повышения точности оценок показателей качества функционирования АК РЛДН НП при сопровождении воздушных целей.
Для реализации КСИ при испытаниях АК РЛДН НП предлагается решение, основанное на совместном использовании результатов натурных испытаний, имитационного моделирования и аппаратно-программного комплекса регистрации и оценки результатов испытаний (АПКРО), включающее следующие этапы.
- Проведение минимально необходимого количества натурных испытаний и регистрация результатов в аппаратно-программном комплексе регистрации и оценки результатов испытаний.
- Проведение испытаний методом имитационного моделирования и регистрация результатов в аппаратно-программном комплексе регистрации и оценки результатов испытаний.
- Обеспечение практически значимой степени адекватности применяемых имитационных моделей на основании результатов, полученных при натурных испытаниях, и формирование структуры стенда полунатурных испытаний.
- Проведение испытаний на стенде полунатурного моделирования с использованием как отдельных блоков аппаратуры АК РЛДН НП, так и имитационных моделей для расширенного количества вариантов воздушной обстановки, накопление статистических данных о результатах испытаний и регистрация результатов этих испытаний.
- Получение оценок показателей качества функционирования АК РЛДН НП при сопровождении воздушных целей по зарегистрированным результатам испытаний на стенде полунатурного моделирования.
Для реализации предлагаемого решения необходима разработка структурной схемы испытаний, стенда полунатурного моделирования и аппаратно-программного комплекса регистрации и оценки результатов испытаний, а также решение следующих частных задач:
— обоснование состава имитационных моделей и аппаратных блоков АК РЛДН НП, применяющихся в стенде полунатурного моделирования;
— разработка методики подтверждения адекватности имитационных моделей;
— обоснование минимально необходимого количества вариантов воздушной обстановки, для которых должны проводится натурные испытания АК РЛДН НП;
— обоснование состава оцениваемых показателей качества функционирования АК РЛДН НП на стенде полунатурного моделирования и вариантов воздушной обстановки, при которых необходимо проводить испытания для оценки этих показателей;
— разработка методики расчета оценок показателей качества функционирования новой АТ в процессе сопровождения воздушных целей.
К основным крупным динамическим составляющим процесса функционирования новой АТ относятся:
— динамика воздушной обстановки, включающая траектории движения воздушных объектов, излучения бортовых радиоэлектронных средств, отражательные характеристики в диапазоне работы бортовой РЛС, представляющая собой эталонную информацию;
— процесс функционирования бортовой РЛС, заключающийся в преобразовании эталонной информации о воздушной обстановке и радиоизлучениях в поток измерений, наблюдаемых радиолокационной станцией параметров воздушных целей;
— процесс функционирования подсистемы сопровождения воздушных целей, результатом которого является трассовая информация о сопровождаемых воздушных целях.
Эталонная информация и информация о сопровождаемых воздушных целях используются для получения оценок показателей качества траекторной информации.
Предложенная КСИ позволяет повысить точность оценок показателей качества функционирования АК РЛДН НПТ за счет использования большого количества статистических данных о проведении испытаний, полученных методом имитационного моделирования и полунатурных испытаний. Высокая степень достоверности формируемых оценок показателей обеспечивается за счет контроля адекватности используемых имитационных моделей.
Таким образом, за счет внедрения комбинированной системы испытаний достигается существенное уменьшение времени и стоимости проведения испытаний АК РЛДН НП, повышается точность оценок, заданных в ТТЗ тактико-технических характеристик, а также расширяется диапазон условий проведения испытаний, включая те условия обстановки, в которых проверка качества функционирования АК РЛДН НП невозможна или связана со значительными затратами ресурсов.
Для проведения бесполетных испытаний требуется применение специализированных средств имитационного и полунатурного моделирования, обеспечивающих адекватное задание условий эксперимента и высокоточную оценку тактико-технических характеристик АК РЛДН НП для заданных в ТТЗ сценариев его применения.