В основе вычисления показателей лежит использование заранее подготовленных моделей, реализованных в виде массива констант и массива вероятных противников (рис. 8.1).
Рис. 8.1 – Модели ТБВ
Вспомогательные модели используются для вычисления отдельных значений массива констант. Таких, как характеристики обнаружения, параметры эффективности применения ракетного оружия и других.
Качество используемых моделей во многом предопределяет качество оценки ТБВ. Чем подробнее и полнее модель описывает систему и возможные тактики противника, тем более достоверные, при прочих равных условиях, можно получить оценки ТБВ.
С другой стороны, используемые модели должны удовлетворять следующим ограничениям:
— по вычислительным ресурсам — оценка ТБВ должна выполняться в реальном масштабе времени и не должна приводить к увеличению времени цикла боевой программы;
— по точности — модели должны допускать калибровку с использованием реального фона и имитируемых ударов БР;
— по масштабируемости — модели должны допускать расширение описания предметной области без существенного изменения своей архитектуры, что является необходимым условием адаптации алгоритмов к новым условиям и требованиям.
Жизненный цикл разработки моделей ТБВ (рис. 8.2) предусматривает согласование моделей и оперативных ограничений таким образом, чтобы последние можно было разделить на постоянные, значения которых хранятся в массиве констант, и переменные ограничения, значения которых хранятся в массиве вероятных противников.
В ходе эксплуатации алгоритмов оценки ТБВ проверка и отладка массива констант и массива противников проводятся с использованием модуля ТБВ_ПРОГНОЗ.
При реализации моделей ТБВ используются следующие представления системы и боевых действий противника.
Возможные удары БР описываются совокупностью опорных траекторий (трубок), связывающих под различными углами бросания возможные точки старта и падения. Трубки строятся для определённых для каждой точки старта типов БР. Каждая такая трубка разбивается на элементарные участки (дискреты) по полётному времени таким образом, чтобы вероятность обнаружения цели на каждом участке не зависела бы от вероятности обнаружения на предшествующих участках траектории.
Продолжительность элементарного участка трубки по полётному времени определяет временной цикл оценки ТБВ.
Для надгоризонтных средств сектор обнаружения БР разбивается (по угловым координатам, углу места и дальности) на ячейки таким образом, чтобы в пределах каждой ячейки характеристики обнаружения (потенциал РЛС, уровень помех и др.) оставались бы неизменными.
Каждая ячейка характеризуется числом баллистических целей (с учётом испытательных и учебно-боевых пусков БР, текущего потока ИСЗ), которые могут проходить через данную ячейку. Каждая ячейка связывается с угловыми подсекторами, по которым на КП системы поступает рельеф помехового фона.
Для средств раннего обнаружения стартов (РОС) в качестве таких «ячеек» выбираются условные районы старта (ракетные базы, районы старта в акватории). Приоритет района характеризуется максимально возможным числом БР, которое может быть развёрнуто в данном районе.
Рис. 8.2 — Жизненный цикл разработки моделей ТБВ
Вероятность обнаружения стартов БР полагается одинаковой для всего контролируемого данным космическим аппаратом (КА) района.
Основным понятием алгоритмов оценки ТБВ является рельеф вероятностей пропуска. Используются два типа рельефа:
1) рельеф вероятностей пропуска в зонах ответственности средств обнаружения;
2) рельеф вероятностей пропуска на множестве опорных траекторий (трубок).
Первый рельеф строится по наихудшим значениям условий функционирования средств за время цикла оценки ТБВ. Для каждой ячейки поля НГРЛ оценивается вероятность правильного обнаружения, исходя из модели потенциала, средней эффективной отражающей поверхности, модели флуктуации ЭПР баллистической цели, вида помехового противодействия и текущего уровня помех. Значение реального потенциала корректируется в соответствии с полученными оценками коэффициента наблюдаемости потока ИСЗ. Для средств РОС используются оценки контроля районов старта и другие параметры, которые поступают от средств. Далее вероятность правильного обнаружения сравнивается с порогами обнаружения целей в ударах различного масштаба и для каждого источника (средства) оценивается число БР, которое может быть пропущено.
Значение показателя ТБВ формируется в результате сравнения оценок числа пропускаемых по разным критериям целей с заранее определёнными порогами.
Рельеф на множестве трубок получается в результате переноса первого рельефа на дискреты опорных траекторий с использованием заранее вычисленных связей между участком сектора обнаружения и участком (дискретом) опорной траектории.
Для каждого дискрета запоминаются две величины вероятности пропуска — всеми средствами системы и только средствами НГРЛ. Движение целей имитируется сдвигом рельефа по каждой трубке на один дискрет к точке падения.
Рельеф на множестве трубок служит основой для получения оценок общесистемных ТБВ и реализует «память» условий функционирования системы, позволяя получать оценки ТБВ к заданному моменту времени. При первом запуске процесса оценки ТБВ рельеф заполняется максимальными значениями вероятности пропуска, поскольку на этот момент времени информация о предыстории условий функционирования системы отсутствует.
Для оценки общесистемных показателей ТБВ используются различные временные интервалы, продолжительность которых и определяет время памяти для каждого показателя. Границы интервалов представляют собой некоторые временные рубежи, отстоящие на определённое количество дискрет от точек старта и падения.
Конкретные значения интервалов определяются требованиями, которые предъявляются к системе. Так, показатели текущего контроля ТБВ по старту определяются к тому моменту времени, отсчитываемому от старта БР, когда система должна обнаружить старт. Показатели ТБВ полного контроля по старту определяются на интервале времени от заданного рубежа обнаружения стартов до падения БР. Показатели ТБВ системы по падению определяются на интервале так называемой «опасной зоны», величина которой отсчитывается от падения БР.
В случае обнаружения удара БР время памяти условий функционирования системы возрастает и определяется временем падения последней БР в ударе.
В случае же, когда оценка снизу числа стартовавших БР превышает некоторый заданный порог, для всех показателей ТБВ формируется значение «ТБВ не оцениваются». При этом продолжаются формирование рельефов вероятности пропуска и все необходимые для последующей оценки ТБВ вычисления.
На рис. 8.3 приведён фрагмент временной диаграммы работы алгоритмов оценки ТБВ, связанный с обработкой рельефа вероятностей пропуска и формированием промежуточных значений локальных массивов ТБВ. Здесь по вертикальной оси отложены дискреты трубок, номера которых возрастают от точки падения (ТП) к точке старта (ТС). Таким образом, интервал [ТП, ТС] равен полёт ному времени БР по данной трубке.
Для каждой трубки, кроме старта и падения БР, существуют следующие временные рубежи:
РН — определяется заданным до падения первой БР в ударе временем формирования информации предупреждения «Ракетное нападение»;
РС — определяется заданным от старта первой БР в ударе временем формирования информации предупреждения «Старт»;
ЦУ — определяется заданным до падения первой БР в данном условном районе падения временем формирования информации целеуказаний по неконтролируемым районам старта.
Показатели ТБВ текущего контроля по старту вычисляются на интервале [РС, ТС].
Показатели ТБВ полного контроля по старту вычисляются на интервале [ТП, РС].
Показатели ТБВ по падению вычисляются на интервале [ТП, РН]. Информация целеуказаний по неконтролируемым районам старта формируется на интервале [ТП, ЦУ]
Величина каждого интервала определяет время памяти показателей ТБВ в условиях мирного времени.
Рис. 8.3 — Временная диаграмма работы алгоритмов
Заканчивая обсуждение принципов оценки ТБВ, следует отметить, что, в случае вычисления показателей ТБВ системы не только на КП системы предупреждения, но и на любом другом ПУ системы боевого управления, достаточной статистикой для оценки ТБВ является рельеф вероятности пропуска целей в зонах ответственности средств обнаружения. Этот рельеф должен передаваться на другие ПУ один раз за время цикла вычисления общесистемных показателей ТБВ.
Анализ возможных причин снижения проводится по всей совокупности оцениваемых показателей ТБВ и позволяет:
— зафиксировать возможные причины снижения ТБВ средств (воздействие помех, нарушение технической готовности, снижение потенциала, снижение функциональной боеготовности — фиксируются все известные на момент снижения ТБВ условия функционирования средств обнаружения); данные о факте и причинах снижения ТБВ средств запоминаются на интервале времени, который определяется временем памяти удара БР;
— зафиксировать состав средств обнаружения, снижение ТБВ которых могло привести к снижению того или иного показателя ТБВ; для каждого такого средства обнаружения указывается время снижения показателей ТБВ и возможные причины снижения.
В основе модели анализа возможных причин снижения ТБВ лежит априорная информация о связях между трубками и средствами обнаружения, через зоны ответственности которых проходят эти трубки. Тем самым, в ходе формирования рельефа вероятностей пропуска можно запомнить состав тех средств, ТБВ которых были снижены и могли тем самым повлечь за собой снижение контроля данной трубки. Такая «память» реализуется отдельно для оценок текущего и полного контроля (или контроля по падению).
Для источников раннего обнаружения стартов (РОС) определяется принадлежность точек старта зонам контроля КА и проводится предварительная оценка числа БР в зонах ответственности средств обнаружения стартов.
В результате, для каждого источника формируется набор промежуточных параметров функционирования, который используется далее. Напомним, что вероятность обнаружения стартов полагается постоянной в границах контролируемого района одним космическим аппаратом.
Для каждого источника НГРЛ оценивается вероятность обнаружения цели в ячейке сектора ответственности радиолокатора. Для средств НГРЛ используется следующая зависимость вероятности обнаружения от текущего отношения «сигнал/помеха» Qтек в ячейке сектора обзора, выраженная несимметричной относительно точки перегиба S-образной кривой Гомпертца:
Pоб = exp(–exp(Qн - QкQтек)),
где:
Qн, Qк — параметры характеристики обнаружения, причём величина Qн задаёт абсциссу точки перегиба и определяется порогом обнаружения (уровнем ложных тревог), а величина Qк задаёт крутизну кривой в точке перегиба и определяется законом флуктуации ЭПР цели и темпом зондирования; для каждого типа средства НГРЛ предусматривается несколько зон обнаружения со своими параметрами (Qн, Qк).
Qтек — оценивается как разница (в логарифмическом масштабе) между потенциалом РЛС и средним текущим уровнем помех в ячейке.
Результирующий рельеф записывается в виде Q = –ln(1 — Pоб) и, кроме оценок вероятности пропуска, содержит признаки воздействия пассивных помех для каждой ячейки. Например, это могут быть признаки включения режекторных фильтров на радиолокаторе.
При вычислении текущего отношения «сигнал/помеха» учитывается снижение потенциала, код которого поступает от средства. Значение вероятности правильного обнаружения ограничивается сверху с учётом состояния наблюдаемости потока ИСЗ.
Значения вероятности пропуска вычисляются с использованием формуляров типовых средств НГРЛ из массива констант ТБВ.
Показатели ТБВ источника вычисляются по данным вероятностей пропуска цели в ячейках, принадлежащих источнику. При этом градация показателя ТБВ определяется следующим образом:
1) возможность пропуска одиночных ударов оценивается по наихудшей вероятности пропуска в зоне обзора;
2) возможность пропуска групповых ударов оценивается по величине контролируемой зоны обзора и оценке сверху максимального числа пропускаемых целей.
Для тех источников НГРЛ, которые не передают на КП системы детальную информацию об условиях функционирования, значение вероятности правильного обнаружения выбирается в зависимости от градации кода обнаружения цели в ячейке из массива констант.
Наихудшие за время цикла оценки ТБВ значения показателей сохраняются в специальном массиве признаков. Для каждого случая снижения показателя формируется запись массива признаков, поясняющая возможные причины снижения ТБВ.
Запись содержит позиционный код возможных причин снижения ТБВ:
— воздействие активных помех;
— воздействие пассивных помех;
— снижение потенциала;
— нарушение технической готовности;
— снижение наблюдаемости потока ИСЗ;
— уменьшение значения кода обнаружения;
— неправильное функционирование источника (определяется по результатам наблюдения потока ИСЗ).
Показатели ТБВ средств обнаружения вычисляются аналогично источникам с учётом всех ячеек, принадлежащих данному средству. При этом ТБВ средства (радиолокационного узла) не могут превышать ТБВ источника.
Для построения наихудших для системы оценок ТБВ используется фиксированный набор опорных траекторий (трубок), на котором строится рельеф вероятностей пропуска БР средствами системы. Для построения рельефа используются априорно рассчитанные связи между отрезками (дискретами) трубок и ячейками секторов обзора надгоризонтных средств.
Вероятные противники описываются массивом состояния ракетных сил, который содержит «быстроменяющиеся» оперативные ограничения для алгоритмов оценки ТБВ. «Медленноменяющиеся» оперативные ограничения описываются в массиве констант.
Таким образом, предусматривается оперативное формирование:
— состава вероятных противников, по отношению к которым ведётся оценка ТБВ;
— набора районов падения, для которых выполняется детальная оценка степени угрозы;
— данных о состоянии ракетных сил иностранных государств;
— параметров БР вероятных противников в массиве констант.
Для анализа причин снижения показателей ТБВ используются память причин снижения показателей ТБВ средств и заранее рассчитанные связи между трубками и источниками, наблюдающими эти трубки.
Работа алгоритма вычисления общесистемных показателей ТБВ начинается с проверки условия нового цикла оценки. Поверка осуществляется сравнением времени последней оценки показателей с текущим временем цикла. В случае нового цикла происходит сдвиг рельефа для каждой трубки на один дискрет в направлении точки падения.
Анализ массива противников позволяет уточнить априорные данные, которые содержались в массиве констант ТБВ, и построить актуальные формуляры состояния сил каждого противника. Такое уточнение позволяет более рационально использовать вычислительные ресурсы, поскольку заранее можно отказаться от обработки тех трубок, для точек старта которых зафиксировано нулевое число БР.
С другой стороны, учёт групповых ограничений на развёртывание БРПЛ позволяет повысить достоверность оценок ТБВ. На основе уточнённых данных о противнике вычисляются промежуточные оценки суммарного числа БР морского и наземного базирования, необходимые для последующей оценки ТБВ.
Обработка оперативных массивов ТБВ позволяет сформировать дополнительный массив связей «трубка-источник» для средств РОС и тем самым дополнить модель системы, которая используется для анализа причин снижения ТБВ.
Формирование рельефа вероятностей пропуска на трубках заключается в переносе (с накоплением) оценок вероятности пропуска Q = –ln(1 — Pоб), полученных для средств обнаружения и записи результатов в оперативные массивы ТБВ. Эти массивы содержат для каждого дискрета трубки две оценки вероятности пропуска — всеми средствами системы и только средствами НГРЛ. Для формирования рельефа используются связи типа «дискрет-ячейка» и формуляры трубок, содержащие номер точки старта.
С использованием построенного рельефа для каждой трубки вычисляются оценки ограничений максимальной вероятности пропуска, максимального числа неконтролируемых дискретов и числа пропускаемых целей — для каждого типа показателя ТБВ.
Используя полученный рельеф вероятностей пропуска
по трубкам, вычисляются оценки ограничений максимальной вероятности пропуска, максимального числа неконтролируемых дискретов и числа пропускаемых целей для точек старта и падения — для каждого типа показателя ТБВ. При этом учитываются все сформированные ранее оперативные ограничения на применение БР.
Показатели ТБВ точек старта и падения вычисляются по полученным выше оценкам ограничений.
Код показателя ТБВ определяется следующим образом:
— возможность пропуска одиночных и групповых ударов оценивается по наихудшей вероятности пропуска по всем трубкам, принадлежащим данной точке;
— возможность пропуска массированных ударов оценивается с учётом максимального числа пропускаемых целей по всем трубкам, принадлежащим данной точке.
Последними вычисляются оценки степени угрозы для отдельных назначенных районов падения, включая оценки гарантированного времени предупреждения, контролируемых по отношению к данному району падения возможных районов старта БР, обобщённые типы неконтролируемых БР и данные целеуказаний по неконтролируемым районам старта.
Поскольку все необходимые оценки ограничений (по трубкам, точкам старта и падения) уже получены, локальные массивы ТБВ содержат всю необходимую информацию для оценки показателей. Далее вычисления проводятся в следующей последовательности.
Сначала все точки старта морского базирования сортируются по убыванию максимального числа пропускаемых по старту БР. Полученная последовательность номеров точек старта используется далее для расстановки подводных лодок (ПЛ) противника с учётом известных оперативных ограничений на их развёртывание.
После того, как ПЛ расставлены, выполняется оценка суммарного числа БР, которые можно пропустить по старту и падению. БР противника, упорядоченные по типам в порядке убывания их эффективности, последовательно назначаются на различные районы падения. Суммарный вес районов падения уменьшается на величину суммарной эффективности пропущенных БР. При этом, для каждой трубки действуют ограничения на максимальное количество пропущенных БР, связанные как с максимально возможным числом БР в точке старта, так и «весом» района падения.
Процедура оценки суммарного числа пропущенных БР выполняется независимо как для точек старта (оценка истока), так и для точек падения (оценка стока) для каждого показателя и каждого противника. Затем определяется минимальная (по старту и падению) величина, которая и является оценкой сверху для ненаблюдаемой системой компоненты удара БР противника.
Алгоритм анализа причин снижения ТБВ решает задачи формирования списка источников информации, снижение ТБВ которых могло привести к снижению данного показателя ТБВ системы с учётом времени памяти и типа оценки ТБВ.
Алгоритм использует данные о причинах и факте снижения показателей ТБВ источников, которые запоминаются на интервале максимального времени памяти оценок ТБВ.
Связь между снижением общесистемных ТБВ и показателей ТБВ средств устанавливается следующим образом. Для каждой трубки заранее определяется набор средств, которые могут её наблюдать (для каждого типа оценки ТБВ). Этот набор уточняется за счёт источников I эшелона. В ходе вычисления общесистемных ТБВ в алгоритме накапливаются позиционные коды тех источников, снижение ТБВ которых могло вызвать снижение ТБВ системы, отдельно для каждого типа оценки ТБВ — текущего контроля стартов, полного контроля стартов, контроля по падению и др.
Таким образом, на вход алгоритма поступают следующие данные:
— история снижения показателей ТБВ источников;
— коды причин снижения ТБВ источников;
— позиционные коды источников, снижение ТБВ которых могло привести к снижению оценок ТБВ системы.
Алгоритм формирует по имеющимся данным для каждого показателя ТБВ и каждого типа оценки ТБВ список возможных причин снижения ТБВ.
Далее последовательность работы алгоритма можно представить следующим образом:
1) формирование групп номеров источников, снижение ТБВ которых могло бы объяснить снижение ТБВ системы. Группы формируются по типу оценки ТБВ;
2) формирование групповых списков в массиве признаков, где каждая запись указывает на одну и более записей о снижение ТБВ источника и причинах этого снижения;
3) формирование списка показателей ТБВ, для каждого из которых зафиксировано уменьшение его значения;
4) формирование списков в массиве признаков, где каждая запись указывает на одну и более записей о снижение ТБВ источника и причинах этого снижения;
5) оценка веса причины снижения, определяется по частоте повторения причины.
Алгоритм прогноза оценок ТБВ предназначен для решения следующих задач:
— оценки текущих боевых возможностей системы предупреждения и средств обнаружения вне реального масштаба времени;
— моделирования условий функционирования и режимов работы средств обнаружения;
— моделирования состава стратегических наступательных средств вероятных противников;
— формирования типовых сценариев развития обстановки;
— предварительной оценки показателей ТБВ в соответствии с заданными условиями.
Алгоритм предусматривает работу в одном из следующих режимов:
1) предварительная оценка показателей ТБВ;
2) прогноз значений ТБВ;
3) анализ результатов боевого применения алгоритмов оценки
ТБВ.
В первом случае используются заранее подготовленные сценарии изменения условий функционирования для отработки моделей ТБВ и решения других задач.
Во втором случае готовится прогноз показателей ТБВ при неизменных условиях функционирования системы. Алгоритм «запоминает» сложившиеся к моменту запуска условия функционирования системы и полагает их неизменными на время прогноза.
В третьем случае условия функционирования задаются (конструируются) пользователем.
Алгоритм формирования и сопровождения модели противника предназначен для решения следующих задач:
— ввода и редактирования данных о составе и состоянии сил и средств противников;
— экспорта/импорта данных из (в) массива противников;
— проверки непротиворечивости и полноты массива противни- ков.
Алгоритм формирования и сопровождения моделей ТБВ должен обеспечить сокращение времени подготовки и ввода массива констант. Алгоритм поддерживает интерфейсы пользователя для доступа к данным и организует их проверку на непротиворечивость, исходя из заданной структуры массива констант.
За время эксплуатации алгоритмов оценки ТБВ в ходе IV этапа развития системы можно было выделить следующие существенные ограничения оценки текущих боевых возможностей:
1) использование одного значения вероятности обнаружения стартов для всей зоны контроля космического аппарата в акватории мирового океана, что для системы УС-КМО заметно снижало точность оценки ТБВ;
2) отсутствие данных по числу ПЛАРБ для каждого района боевого патрулирования, что приводило к необходимости использовать групповые ограничения на число ПЛАРБ в нескольких районах.
В завершение рассказа об алгоритмах оценки текущих боевых возможностей ещё раз перечислим основные общесистемные показатели ТБВ:
– контролируемый по старту потенциал БР (оцени текущего и полного контроля) – доля БР (процент от общего числа), при старте которых будет сформирована информация предупреждения;
– контролируемые по падению стратегический ракетный и военно-экономический потенциалы – доля СРП или ВЭП (в процентах), которая не может быть атакована без выдачи информации предупреждения;
– гарантированный по отношению к ударам БР США или БР США и НАТО стратегический ракетный потенциал – доля стратегического ракетного потенциала (в процентах), которая может быть задействован в ответно-встречных действиях в течение времени, не более заданного от момента формирования информации предупреждения «Ракетное нападение»;
– гарантированное время предупреждения для выбранного района падения — временной интервал, в течение которого, отсчитывая от текущего момента времени, невозможно нанесение удара по данному району без формирования информации предупреждения «Ракетное нападение».
Как и предвидел Владислав Георгиевич, нам пришлось расстаться с Красноярской РЛС. Был использован надуманный предлог нарушения тогдашнего Договора по противоракетной обороне [15].
В сентябре 1989 г. руководство СССР признало несоответствие РЛС «Дарьял-У» в Красноярске условиям Договора по ПРО (о чём Репин предупреждал уже давно), и приняло решение о её демонтаже. 28 марта 1990 г. принято постановление Совмина «О ликвидации РЛС «Дарьял-У» в Красноярске « [15].
Новое радиолокационное поле было построено с помощью РЛС высокой заводской готовности (РЛС ВЗГ). Но алгоритмов оценки ТБВ на КП СПРН уже не было.
Алгоритмов не было, но значения показателей ТБВ в составе информации предупреждения формировались. Использовались значения показателей, заранее полученные на моделях алгоритмов КБП-4 (п. 13). Вполне возможно, что именно этот подход привёл к тому, что после завершения четвёртого этапа развития СПРН, с началом пятого этапа, появлением программного продукта 15АП никто дальше не занимался разработкой алгоритмов оценки ТБВ.