Системы радиоупр авления играют важную роль в автоматизированных и ав-
томатических комплексах и системах различного назначения, обеспечивая
дистанционное управление материальными объектами и информационными
потоками. При этом одним из наиболее сложных классов этого типа явля-
ются авиационные системы радиоуправления. Это обусловлено в первую оче-
редь сложностью и многовидовостью самих материальных объектов управле-
ния. В авиационных системах радиоуправления в роли данных объектов могут
выступать как пилотируемые, так и беспилотные летательные аппараты (ЛА),
а также управляемые и неуправляемые средства поражения, которые представ-
ляют обширный отряд объектов управления — это и ракеты, и авиационные
бомбы, и снаряды, и БЛА типа «камикадзе».
Среди существующих систем радиоуправления наиболее сложными с тех-
нической точки зрения являются системы военного назначения. Это связано
с широким спектром задач, возлагаемых на данные системы, и большим много-
образием объектов управления. Появление сверхманевренных ЛА и гиперзву-
ковых средств поражения, а также групповые способы их применения требуют
при построении современных систем радиоуправления учета особенностей
данных объектов управления. В то же время в курсах по радиоуправлению, чи-
таемых в технических вузах страны, особенности перечисленных объектов не
рассматриваются. Кроме того, современные взгляды на эффективность функ-
ционирования радиоэлектронных систем, в том числе и систем радиоуправ-
ления, предполагают учитывать не только показатели эффективности в виде,
например, вероятности поражения цели, но и другие интегральные показатели
совершенства — живучесть, динамичность, информативность, чувствитель-
ность к изменению условий функционирования.
В последние годы значительное внимание уделяется робототехническим
комплексам вооружения, сетецентрическим информационно-измерительным
и управляющим системам, групповому применению средств поражения. Дан-
ные обстоятельства приводят к существенному возрастанию роли радиоэлек-
тронных систем в современных системах вооружения. Учитывая, что системы
радиоуправления являются одним из классов сложных технических систем,
сказанное выше в полной мере относится и к данным системам управления.
Новые тенденции во взглядах на системы вооружения и их применение требуют
переосмысливания подходов к теории построения радиоэлектронных систем
радиоуправления. В полной мере это относится и к системам радиоуправле-
ния. В этой связи авторы, имеющие богатый опыт проектирования, создания,
испытания и обеспечения жизненного цикла современных радиоэлектронных
систем, попытались обобщить свой практический опыт в разработке данных
систем и реализовать его в виде учебного пособия по теоретическим основам
построения современных систем радиоуправления. Авторы сознательно оста-
новились на рассмотрении в учебном пособии только теоретических основ
От авторов 9
радиоуправления, поскольку изучаемые курсы по системам радиоуправления
в технических вузах страны, как правило, привязаны к конкретным типам объ-
ектов управления, что делает затруднительным создание учебного издания,
удовлетворяющего все вузы.
Предлагаемое учебное пособие дает студентам знания по теории построе-
ния, показателям совершенства и основам разработки и применения радио-
электронных систем управления самолетами и ракетами различного назначе-
ния. Его содержание способствует уяснению роли и места радиоэлектронных
датчиков информации в бортовых системах управления. Изложение материала
осуществляется на основе системного подхода к вопросам синтеза, анализа
и функционирования радиоэлектронных датчиков информации с учетом их
взаимодействия с датчиками другой физической природы, вооружением и лета-
тельными аппаратами как объектами управления.
Спецификой пособия является то, что изложение материала ведется на двух
уровнях. Один — отражает современное состояние систем радиоуправления
и может быть использован в процессе подготовки радиоинженеров, эксплуати-
рующих системы радиоуправления различного назначения. На втором уровне
более углубленно рассматриваются вопросы оптимизации радиосистем на ос-
нове математического аппарата статистической теории оптимального управ-
ления при представлении процессов и систем в многомерном пространстве
состояния. Этот уровень соответствует требованиям, предъявляемым к инже-
нерам-исследователям, инженерам-разработчикам и аспирантам.
Спецификой учебного пособия по сравнению с известной (существующей)
учебной литературой являются следующие моменты.
1. Использование для оценки совершенства систем радиоуправления под-
хода «система-среда», в рамках которого наряду с привычной эффектив-
ностью используются такие показатели, как живучесть, динамичность,
информативность, чувствительность к изменению условий функциони-
рования.
2. Более углубленное изложение материала по математическим моделям
состояния и измерения и разъяснение их роли и места на различных эта-
пах оптимизации и оценки совершенства систем радиоуправления.
3. Изложение модификаций статистической теории оптимального управ-
ления, учитывающих специфику работы авиационных систем радио-
управления, включая новые методы оптимизации, основанные на
минимизации квадратично-биквадратных функционалов качества.
Использование этих методов дает возможность получить управление
с линейно-кубической зависимостью от ошибок, что позволяет сущест-
венно расширить поле высокоточной устойчивой работы синтезирова-
ния алгоритмов.
4. Рассмотрение особенностей многокритериальных задач оптимизации
систем радиоуправления и приемов их сведения к однокритериальным
задачам на основе статистической теории оптимального управления.
10 От авторов
5. Рассмотрение методов аналого-дискретного оптимального адаптив-
ного оценивания, включая нелинейные варианты на базе расширенного
фильтра Калмана с параметрической идентификацией.
6. Изложение методик синтеза более совершенных нестационарных мето-
дов самонаведения.
Для привития конкретных навыков разработки перспективных систем ра-
диоуправления в пособии приведены конкретные методики синтеза, приемы
его упрощения и проведения исследований полученных алгоритмов.
Учебное пособие состоит из трех частей. В первой части рассмотрены прин-
ципы построения авиационных систем радиоуправления, включая их роль
и место в современном военно-техническом противоборстве, типовой состав,
классификацию, этапы и режимы управления, а также их особенности как
составной части интегрированного авиационного комплекса. Кроме того, рас-
смотрены наиболее употребимые показатели совершенства систем радиоуправ-
ления.
Вторая часть, посвященная основам разработки систем радиоуправления,
включает разделы, в которых рассматриваются: особенности используемых
математических моделей; методы синтеза оптимального управления; модифи-
кации статистической теории оптимального управления, учитывающие спе-
цифику работы авиационных систем радиоуправления; особенности решения
многокритериальных задач; методы оптимального линейного и нелинейного
оценивания и методы анализа систем радиоуправления.
В третьей части, посвященной изложению конкретных методик оптимиза-
ции на примере синтеза методов самонаведения, рассмотрены традиционные
методы самонаведения и их более совершенные модификации с приведением
методик и результатов их исследования.
В заключении рассмотрены перспективы дальнейшего развития систем ра-
диоуправления и методов их оптимизации.
В. С. Верба
В. И. Меркулов
Введение
Анализ изменений условий военно-технического противоборства, обусловлен-
ных принятием стратегии бесконтактных сетецентрических войн [1, 2], позво-
ляет выделить ряд направлений его развития, непосредственно влияющих на
востребованность отдельных видов военной техники и их характеристики.
К этим направлениям прежде всего относятся:
• увеличение пространственного размаха боевых действий, включая воз-
можность нанесения ударов по любому участку территории противника;
• перенос боевых действий в космос;
• преобладание групповых действий, как средств нападения, так и средств
защиты;
• перенос центра тяжести боевых действий на беспилотные летательные
аппараты (БЛА);
• использование новых видов боевой техники с качественно новыми свой-
ствами: сверхманевренные (СМЛА), гиперзвуковые (ГЗЛА) летательные
аппараты, электромагнитное оружие (ЭМО), многопозиционные систе-
мы наведения (МПСН), высокоточное оружие и т. д.;
• усиление роли информационного превосходства, основанного на ис-
пользовании сетецентрического обмена информацией и необходимости
первоочередного уничтожения источников информации противника,
включая приоритетные цели: авиационные комплексы радиоэлектрон-
ного дозора и наведения (АК РЛДН), самолеты-ретрансляторы и назем-
ные РЛС различного назначения;
• новые способы ведения боевых действий (рои, ЭМО, ударные платфор-
мы и т. д.).
Принцип организации сетецентрического информационно-управляющего
взаимодействия показан на рис. В.1.
Возможность нанесения удара по любому участку территории противника
имеет важнейшее значение для Российской Федерации с ее огромной террито-
рией и информационно оголенным северным направлением. Для предотвраще-
ния возможности получения такого удара особую роль должны играть косми-
ческие и мобильные системы мониторинга воздушного базирования и системы
поражения большой дальности, обеспечивающие решение сложных задач ин-
формационного и управленческого планов.
Несомненно, что роль последних должны играть различные модификации
АК РЛДН [3, 4] с широко разветвленной системой связи с источниками инфор-
мации и средствами поражения космического, воздушного и наземного базиро-
вания с усовершенствованными алгоритмами функционирования, обеспечи-
вающими их встраивание в сетецентрические информационно-управляющие
системы (ИУС) (рис. В.2) [4].
Из проведенного анализа особенностей сетецентрического характера войн
в первую очередь следует возросшая востребованность радиоэлектронных си-
стем управления (РЭСУ), обеспечивающих дистанционное решение как ин-
формационных, так и управленческих задач.
Возникнув как системы управления одиночными летательными аппара-
тами (ЛА), РЭСУ превратились в сложнейшие технические системы управле-
ния не только их пространственным положением, но и ресурсами и информа-
ционными потоками в пространственно-распределенных многопозиционных
информационно-управляющих системах (ИУС).
Последнее предопределено в первую очередь качественным возрастанием
роли обеспечения информационного превосходства, которое стало необходи-
мым звеном проведения воздушно-космических операций любого уровня [1, 2].
За последние десятилетия отчетливо сформировалась тенденция перехода от
кинетического уничтожения целей к их информационно-энергетическому по-
давлению (поражению).
В свою очередь, широкое распространение групповых действий усилило
роль относительно нового вида деятельности РЭСУ, определяемого необходи-
мостью оптимизации управления располагаемыми ресурсами как внутри бор-
та, так и в составе группы.
В связи с изменившимися обстоятельствами необходимо трансформиро-
вать и традиционное определение радиоэлектронной системы управления.
Для определенности далее под радиоэлектронной ИУС будем понимать совокуп-
ность функционально связанных решением общей тактической (оперативной)
задачи информационных и управляющих (в том числе и пространственно разне-
сенных) подсистем, в которой управление и его информационное обеспечение осу-
ществляется с помощью радиосигналов (электромагнитных волн).
При этом под управлением понимается внешнее воздействие, приводя-
щее к целенаправленному изменению состояния объекта. В свою очередь, его
состояние определяется не только положением в пространстве, но и набором
используемых знаний и сведений, их объемом и располагаемыми ресурсами.
То есть использование в качестве источника информации вместо РЛС опто-
электронной системы как вариант управления ресурсами — это тоже изменение
состояния ИУС.
Такой подход тем более оправдан, что к настоящему времени все основные
информационные подсистемы (радиолокационные (РЛС), оптоэлектронные
(ОЭС), системы радиотехнический разведки (СРТР), радионавигационные
системы (РНС)) уже превратились в сложные ИУС, в которых используются
разнообразные виды управления от параметров излучаемых сигналов до спо-
собов обзора пространства и управления алгоритмами обработки информации
и привлекаемых датчиков.
Для определенности под сложными далее будем понимать технические си-
стемы, способные решать поставленную задачу несколькими способами [5], а под
ресурсами — состав и типы ЛА в группах, набор используемых бортовых датчиков
информ ации и средств поражения.
14 Введение
Функциональные связи управления с решаемыми задачами и используе-
мыми ресурсами показаны на рис. В.3.
Несмотря на обилие разных видов радиоэлектронных ИУС, целесообразно
выделить ряд ключевых направлений (задач), определяющих их роль и место
в современном воздушно-космическом противоборстве. К ним прежде всего
относятся:
• обеспечение ситуационной осведомленности, необходимой для экипажа
или интеллектуальных систем принятия решений, в рамках возлагаемых
на них задач [6];
• выбор приоритетных источников информации и управление режимами
их работы;
• формирование и реализация методов маршрутного управления и наве-
дения на различные типы целей;
• осуществление радиомониторинга пространства;
• оценка ресурсной возможности решения задач;
• формирование целераспределения при групповых действиях;
• управление электромагнитной совместимостью (ЭМС);
• обеспечение информационного превосходства;
• управление ракетами «воздух — воздух» и «воздух — поверхность» боль-
шой дальности.
В общем случае радиоэлектронные системы по-прежнему остаются един-
ственным всепогодным источником получения информации об удаленных
объектах и единственным инструментом управления различными объектами
на расстоянии. Далее кратко остановимся на перечисленных выше задачах.
Обеспечение ситуационной осведомленности, определяемой совокуп-
ностью количественных (дальность до цели, скорость сближения с ней и т. д.)
и качественных (признак маневра, класс (тип) цели, ее опасность и т. д.) сведе-
ний, необходимых для решения конкретных задач противоборства, является
основой функционирования РЭСУ [5, 6]. Относительно новым в этой обла-
сти является автоматизация процедур выбора состава необходимых сведений,
адаптированных под решение конкретных задач, использование поддержки
принятия решений на основе систем искусственного интеллекта [7] и оценка
ресурсных возможностей решаемых задач.
Напрямую с этим связана задача выбора приоритетных источников инфор-
мации и управление режимами их работы. Это, в свою очередь, предполагает
необходимость решения комплекса процедур взаимоотношений между источ-
никами информации в связке «ведущий-ведомый» (РЛС-ОЭС, ОЭС-РЛС, РЛС-
РТР и т. д.) либо использования новых модификаций оптимального оценива-
ния при равнозначных отношениях, характерных для параллельной работы.
В последнем случае алгоритмы оценивания должны быть работоспособны при
неодновременном приходе разноточных измерений [8].
Одна из самых значимых функций РЭСУ — формирование и реализация
методов маршрутного управления и наведения. Среди первой группы необ-
ходимо выделить маршруты с обходом опасных зон [9], а среди второй — раз-
работку и использование нестационарных методов самонаведения [10] с пере-
распределением управленческих приоритетов в процессе наведения. Весьма
перспективным направлением решения задачи наведения является использо-
вание так называемого траекторного управления наблюдением [11], суть кото-
рого состоит в том, чтобы сформировать такую траекторию полета управляе-
мого ЛА, которая наряду с решением задачи поражения цели обеспечивала бы
наилучшие условия для ее наблюдения [12].
Следует подчеркнуть, что существующие методы наведения не обеспечи-
вают эффективный перехват всего спектра существующих целей. Особенно
это касается перехвата гиперзвуковых ЛА [13]. Наиболее простым вариантом
решения этой задачи является использование в методах наведения высоких
производных угловых координат [13], формирование которых является нетри-
виальной задачей [14]. Одним из вариантов ее решения является использова-
ние новых методов оптимизации на основе не квадратичных, а квадратично-
биквадратных функционалов качества [15].
Весьма специфической является задача управления большими груп-
пами (роями) беспилотных летательных аппаратов и крылатых ракет, тре-
бующая не только построения маршрута, но и заданной топологии группы
16 Введение
с предотвращением столкновения участников [16]. При этом в дальнейшем под
роем будет пониматься группа, число участников которой существенно пре-
вышает пропускную способность систем ПВО противника.
Необходимо отметить, что формирование управления большими группами
ЛА на базе классической теории оптимального управления практически невоз-
можно из-за резкого возрастания размерности решаемой задачи (проклятия
размерности). В свою очередь, использование декомпозиции задачи, основан-
ной на формировании управления для отдельных участников, дающее возмож-
ность качественно снизить размерность задачи синтеза, не имеет строгого дока-
зательства ее правомочности из-за сложности учета взаимного влияния других
участников на топологию группы.
Одним из принципиально новых направлений решения этой задачи явля-
ется использование математического аппарата теории распределенных систем,
в рамках которой состояние группы объектов аппроксимируется системой
уравнений в частных производных, учитывающих их зависимость не только от
времени, но и от положения в пространстве [17].
В связи с превалированием групповых действий, как средств нападения,
так и защиты, весьма востребованной становится задача группового целерас-
пределения, особенно с учетом возможного выбывания перехватчиков и прио-
ритета цели [18]. В свою очередь, это усиливает роль оценки ресурсных возмож-
ностей, включая запас топлива, перечень используемых датчиков информации
и средств поражения [19].
При этом в связи с нарастанием числа размещаемых на борту ЛА радио-
электронных систем и устройств различного назначения, одной из наиболее
сложных задач управления ресурсами является обеспечение их электромагнит-
ной совместимости (ЭМС) не только внутри носителя, но и особенно в составе
группы. Проблема обеспечения ЭМС стоит настолько остро, что во многом не
дает воспользоваться преимуществами многопозиционных систем и группо-
вого применения ЛА [5].
Решение этой сложнейшей проблемы в общем случае сводится к разносу ра-
боты всех источников и приемников радиоизлучений во временной, спектраль-
ной, энергетической и пространственной областях. Следует подчеркнуть, что
к настоящему времени не существует общего универсального аппарата оптими-
зации мер по обеспечению ЭМС.
Обязательный этап любого военно-технического противоборства — обес-
печение информационного превосходства, которое имеет два аспекта. С од-
ной стороны, это обеспечение радиоэлектронной защиты своих информаци-
онных устройств, а с другой — подавление (поражение) аналогичных систем
и устройств противника.
Чрезвычайное расширение номенклатуры помех и их имитирующих способ-
ностей [20] делают бессмысленной практику: «каждой помехе — свое средство
защиты». В связи с этим можно рекомендовать разработку единого комплекса
помехозащиты с широко развитым аппаратом обнаружения и анализа помех
с соответствующей адаптацией алгоритмов защиты. Теоретической основой
Введение 17
такого подхода может служить математический аппарат теории оптимальных
систем со случайной структурой [21]. Этот аппарат позволяет оценить вероят-
ность наличия той или иной помехи с дальнейшей адаптацией средств защиты
под наиболее вероятную из них.
Весьма перспективным приемом радиоэлектронной защиты является игро-
вой метод, основанный на согласованном использовании бортовой РЛС и ком-
плекса РЭБ, имитирующего ее излучение с отличающимися параметрами.
Такой прием приводит к сосредоточению усилий противника на подавлении
сигналов нашего передатчика РЭБ, оставляя возможность кратковременной
беспомеховой работы нашей РЛС.
Среди методов подавления (поражения) радиоэлектронных систем проти-
воборствующей стороны необходимо наряду с традиционными комплексами
РЭБ [20] и противорадиолокационными ракетами [22] отметить нарастающие
возможности СВЧ-оружия функционального поражения [23, 24] и так называе-
мых алгоритмических воздействий.
Под функциональным поражением радиоэлектронных систем понима-
ется нарушение их функционирования под воздействием мощного коротко-
импульсного СВЧ-излучения, приводящего к тепловым или электрическим
пробоям полупроводниковой элементной базы. Объективным возрастанием
возможностей СВЧ-оружия, именуемого также электромагнитным оружием
(ЭМО), является общемировая тенденция миниатюризации полупроводнико-
вых структур за счет уменьшения толщины слоев диэлектриков и полупровод-
ников, приводящая к снижению напряжения их пробоя.
Под алгоритмическими воздействиями понимаются искусственно форми-
руемые законы изменения параметров сигналов, создающие на противной сто-
роне ложную тактическую обстановку. Наиболее простыми вариантами алго-
ритмических воздействий являются уводящие помехи.
Отдельной чрезвычайно важной разновидностью задачи завоевания ин-
формационного превосходства является первостепенная потребность уничто-
жения приоритетных целей (АК РЛДН, самолетов-ретрансляторов и т. д.) [3, 25].
Основное назначение РЭСУ самолетом и его оружием — поражение воздуш-
ных, наземных и морских объектов. Процесс управления самолетом и оружием,
конечным результатом которого является поражение цели, иногда называют
наведением, а системы, реализующие этот процесс, — системами наведения.
Необходимо отметить, что для реализации управления следует затратить
определенную энергию. Энергоемкость РЭСУ является одним из основных
признаков, который выделяет их из других типов радиоэлектронных систем
(РЭС), имеющих сугубо информационную направленность. В то же время от
других видов систем управления РЭСУ отличаются тем, что без использования
информации, извлекаемой радиоэлектронными датчиками из радиосигналов,
процесс управления самолетом или ракетой с требуемой точностью становится
невозможным. Другие отличительные свойства РЭСУ, выделяющие их в специ-
фический вид информационно-управляющих систем, будут упомянуты в про-
цессе рассмотрения их состава и особенностей функционирования.
eng

