Построение инвариантных корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения летательных аппаратов

УДК 629.78.086 
ББК 39.67 
         Щ61 

Издано при финансовой поддержке программы  
Президента Российской Федарации «Государственная поддержка ведущих научных школ Российской Федерации»,  
грант НШ-20.2010.10 

Рецензенты: 
Академик РАН Е.Б. Александров; 
д-р техн. наук, проф. И.Н. Белоглазов 
 
Щербинин В. В. 
Построение инвариантных корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения летательных аппаратов / 
В. В. Щербинин. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2011.  – 230, [2] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-3516-6 
 
Изложена методология построения корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения летательных аппаратов, инвариантных к нестабильности геофизического поля и воздействию  помех. Основное внимание 
уделено  методике формирования информативного параметра геофизического поля, инвариантного к основным факторам его нестабильности. В отличие 
от ранее использованных подходов информативный параметр рассматривается, как векторная величина. Это создает потенциальную возможность парирования или существенного снижения влияния действующих на принимаемый сигнал возмущений (факторов нестабильности и помех геофизического поля) за счет анализа его тонкой структуры. 
Подробно  рассмотрены физические, математические и теоретические 
основы разработанной методологии. Приведен пример использования 
данной методологии для оптического (видимого диапазона длин волн) 
геофизического поля и низколетящего летательного аппарата. 
Для специалистов, разрабатывающих системы управления, навигации 
и наведения летательных аппаратов (в том числе и управляемых средств 
поражения). Может быть полезна студентам старших курсов, магистрантам и аспирантам, обучающимся по соответствующим специальностям. 
             
                                                                                           УДК 629.78.086 
                                                                                                ББК 39.67 

                                                                              © Щербинин В. В., 2011 
 
           © Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3516-6                                               МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

Щ61 

Верю в успех 

 
5 

ВЕРЮ В УСПЕХ 

Среди новых видов вооружения особое место принадлежит 
тактическим и оперативно-тактическим высокоточным ракетным 
комплексам, оснащенным боевыми частями в обычном снаряжении. В этом виде высокоточного оружия сочетаются такие качества,  как  большая дальность стрельбы, высокая мобильность и автономность, широкий диапазон условий применения и, конечно, 
высокая точность стрельбы, обеспечивающая эффективное поражение особо важных малоразмерных целей.  
Для создания современных высокоточных ракетных комплексов 
необходимо решить ряд принципиальных комплексных проблем  
научно-технического, технологического и организационного характера, что под силу только странам, владеющим современными технологиями. Одна из важнейших среди них – проблема разработки 
высокоточных систем управления и наведения ракет. Общепризнанным лидером в России в разработке этих систем является ЦНИИАГ. 
В мире хорошо известны отечественные ракетные комплексы Сухопутных войск «Точка», «Точка-У», «Точка-Р», «Ока», «Ока-У»,  
«Искандер» – разработки Коломенского конструкторского бюро 
машиностроения, высокоточные системы управления и наведения 
ракет для которых разрабатывал ЦНИИАГ. Для этого института всегда были характерными поиск, разработка и внедрение новейших 
научных достижений в создаваемые образцы.  
В течение последних десяти лет регулярно выходят научные  
издания ЦНИИАГ, в которых рассматриваются различные научнотехнические проблемы разработки высокоточных систем управления и наведения ракет. Настоящая монография, продолжая эту  
традицию, посвящена решению одной из научно-технических проб- 
лем – построению инвариантных корреляционно-экстремальных 
систем навигации и наведения летательных аппаратов (в том числе 
и высокоточных ракет).  
Известно, что корреляционно-экстремальные системы до настоящего времени являются основным типом автономных высокоточных систем наведения крылатых и баллистических ракет как в 

 

Верю в успех 

 
6 

нашей стране, так и за рубежом, и, по всей видимости, будут оставаться таковыми еще достаточно длительный период вследствие 
своей востребованности и отработанности. Существующая научная 
база корреляционно-экстремальных систем, разработанная в основном отечественными учеными – академиком АН СССР А.А. Красовским, доктором технических наук  И.Н. Белоглазовым, доктором 
технических наук Г.П. Чигиным, доктором технических наук  
В.П. Тарасенко, доктором технических наук Г.А. Медведевым, доктором технических наук В.К. Баклицким и другими, – удовлетворяла 
требованиям, предъявляемым к навигационным системам  ракет в 
условиях шумов ограниченной интенсивности. Данная научная база 
практически идеально подходила для первых реализаций корреляционно-экстремальных систем в крылатых ракетах стратегического 
назначения с ядерными боевыми частями, использовавших (в качестве навигационного) поле рельефа земной поверхности.  
Для высокоточных ракет Сухопутных войск с боевыми частями в обычном снаряжении потребовалось повысить точность наведения и поэтому использовать высокочастотные геофизические 
поля – оптическое, радиолокационное и др. При этом теоретические и экспериментальные исследования, проведенные для данных 
навигационных полей, показали, что для этих условий разработанная научная база не обеспечивает потребности практики, поскольку существенным является влияние факторов нестабильности и 
помех на точность наведения корреляционно-экстремальных систем. Предлагаемая монография посвящена одному из решений 
указанной научно-технической проблемы. Оригинальное решение, 
полученное автором, основывается на использовании «тонкой» 
структуры принимаемого сигнала – поляризационных и/или спектральных характеристик – для выбора инвариантного информативного параметра геофизического поля и базируется на теории 
построения инвариантных систем управления и теории распознавания образов. Это в сочетании с комплексом технических мер,  
реализуемых на борту летательного аппарата и обеспечивающих 
устранение влияния факторов нестабильности геофизического поля и помех на функционирование системы навигации и наведения, 
а также с комплексом организационных мероприятий по получению «свежих» фотоснимков местности позволяет решить рассматриваемую проблему. 
Дальнейшее развитие систем навигации и наведения летательных аппаратов (и в первую очередь ракет), по моему мнению, связано с созданием систем на основе искусственного интеллекта, 

Верю в успех 

 
7 

использующих трехмерные изображения целей. Это позволит исключить проблемы, связанные с нестабильностью геофизического 
поля.  
Молодежи, работающей в «оборонке», хочется пожелать неустанно осваивать современные научные и технические идеи, чтобы 
затем на их основе на новых физических принципах создавать еще 
более совершенные виды ракетного оружия, способного  увеличить мощь Российской Армии и надежно защитить нашу великую 
Родину с замечательными людьми, необозримыми просторами и 
богатейшими ресурсами.  
Не устаю повторять: «Без военно-промышленного комплекса 
нет армии, а без армии нет страны!». 

С.П. Непобедимый  –  член-корреспондент РАН 
доктор технических наук, профессор Лауреат  
Ленинской и Государственных премий СССР 
(1969, 1976, 1981),  Герой Социалистического труда  
 
 

Введение 

 
8 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В настоящее время ФГУП «ЦНИИАГ» является признанным 
лидером в разработке высокоточных систем управления и наведения ракет дальнего огневого поражения (прежде всего для Сухопутных войск). Работы института базируются на передовых достижениях современной науки в области оптики, радиотехники, 
электроники, вычислительной техники и на информационных технологиях. 
Создание современных систем управления и наведения ракет, 
отвечающих мировому уровню, требует проведения фундаментальных и прикладных исследований по комплексу проблем, связанных с инерциальной навигацией, управлением движением, передачей информации и т. п. Особое место занимают исследования 
по разработке систем наведения, которые являются основным элементом, превращающим управляемое средство поражения в высокоточное оружие. 
Систематизированное хронологическое изложение основных 
работ Института по созданию перспективных систем управления и 
следящих приводов для вооружения и военной техники практически всех видов Вооруженных Сил нашей страны представлено в 
таких книгах, как «Высокоточные системы управления и приводы 
для вооружения и военной техники» (издана к 50-летию ФГУП 
«ЦНИИАГ», 1999 г.), «Основы теории систем управления высокоточных ракетных комплексов Сухопутных войск» (2004), а также в 
специальном выпуске журнала «Военный парад» (посвященном 
60-летию ФГУП «ЦНИИАГ», 2009 г.). Авторами этих материалов 
являются ведущие ученые Института. 
Настоящая монография, подготовленная сотрудником Института доктором технических наук, лауреатом премии имени С.И. 
Мосина В.В. Щербининым – прекрасное продолжение этой хорошей традиции. 
В представленном научном труде изложены основные положения по решению одной из научно-технических проблем по построению корреляционно-экстремальных систем навигации и на
 

Предисловие 

 
9 

ведения летательных аппаратов, инвариантных к нестабильности 
геофизических полей и воздействию помех. Актуальность и новизна изложенной проблемы не вызывают сомнений. 
Подготовка монографии в значительной мере оказалась возможной благодаря гранту Президента Российской Федерации для 
государственной поддержки ведущих научных школ. 
По моему мнению, данная монография будет полезна специалистам, интересующимся проблемами создания современных навигационных систем. 
 
В.Л. Солунин – заместитель генерального директора – 
научный руководитель ФГУП «ЦНИИАГ» доктор 
технических наук дважды лауреат Государственных 
премий РФ (2003, 2007) 
 
 
 

 

Введение 

 
10

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

АСУВ  – автоматизированная система управления войсками 
БЦВМ  – бортовая цифровая вычислительная машина 
ГПЗ  
– гравитационное поле Земли 
ГФП  
– геофизическое поле 
ИНС  
– инерциальная навигационная система 
ИП  
– информативный параметр 
КР  
– крылатая ракета 
КЭСН  – корреляционно-экстремальная система наведения 
КЭСНН  – корреляционно-экстремальная система навигации  
                   и наведения 
ЛА  
– летательный аппарат 
НП 
– навигационное поле 
МП  
– магнитное поле 
МПЗ  
– магнитное поле Земли 
ОКР  
– опытно-конструкторская работа 
ОЭС  
– оптико-электронная система 
ПАО  
– программно-алгоритмическое обеспечение 
ППИ  
– пункт подготовки информации 
ППЭ  
– пункт подготовки эталонов 
ПРЗ  
– поле рельефа земной поверхности 
ПРЛК  
– поле радиолокационного контраста 
РВ  
– Ракетные войска 
РВиА  
– Ракетные войска и артиллерия 
РК  
– ракетный комплекс 
РЛС  
– радиолокационная станция 
РТПЗ  
– радиотепловое поле земной поверхности 
РТТ 
 – радиотепловая температура 
САУ  
– системы автоматического управления 
СИО  
– система информационного обеспечения 
СКО  
– среднее квадратичное отклонение 
СН  
– системы наведения 
СУ  
– система управления 
ТИ  
– текущее изображение 
УГЧ  
– управляемая головная часть 
ЦУ  
– целеуказание 
ЭИ  
– эталонное изображение 

 

Предисловие 

 
11

ВВЕДЕНИЕ 

Создание и совершенствование высокоточных навигационных 
систем для летательных аппаратов (ЛА) – одно из приоритетных 
направлений развития современной навигационной техники и технологии. Современные высокоточные системы навигации ЛА базируются на комплексировании инерциальных навигационных 
систем (ИНС) с системами спутниковой коррекции или с системами навигации по геофизическим полям (ГФП) Земли (корреляционно-экстремальными системами). Использование для коррекции 
ИНС от спутниковых навигационных систем – достаточно простой 
и эффективный способ, однако он имеет ряд недостатков, заключающихся в низкой помехоустойчивости системы коррекции и  
неавтономности функционирования комплексированной навигационной системы. Этих недостатков лишены корреляционноэкстремальные системы, осуществляющие определение местоположения ЛА в местной системе координат путем сравнения  
эталонного изображения, которое сформировано заранее  по  исходной видеоинформации (например,  аэро- или космическому 
фотоснимку), с текущим изображением, формируемым в полете 
ЛА. Это является большим преимуществом системы навигации по 
ГФП – они вычисляют местоположение ЛА относительно реальной поверхности Земли, а не относительно математической модели Земли, которая используется в инерциальных и спутниковых 
системах навигации. Благодаря этим свойствам, корреляционноэкстремальные системы нашли широкое применение в системах 
управления высокоточными средствами поражения дальнего огневого поражения.  
Теория корреляционно-экстремальных систем была создана в 
1960–70-е годы, в первую очередь, отечественными ученными (академиком АН СССР А.А.  Красовским,  доктором технических наук 
И.Н. Белоглазовым, доктором технических наук Г.П. Чигиным, доктором технических наук В.П.  Тарасенко, доктором технических  
наук Г.А. Медведевым, доктором технических наук В.К. Баклицким 
и другими) в основном для стационарных случайных полей в усло
 

Введение 

 
12

виях гауссового белого шума малой интенсивности. Практическое 
применение эта теория нашла при создании стратегических крылатых ракет с боевыми частями в специальном оснащении, которые 
использовали для коррекции своего полета поле рельефа Земной 
поверхности. 
В 1980-е годы перед Сухопутными войсками ВС СССР была поставлена актуальная научно-техническая задача – создание высокоточных баллистических ракет, способных поражать цели боевыми 
частями в обычном оснащении. Для решения этой задачи также были использованы корреляционно-экстремальные системы. Разработка научно-технических проблем и проблем боевого применения, связанных с использованием систем коррекции данного типа для ракет 
СВ, осуществлялась коллективом ученых ЦНИИАГ под руководством кандидата технических наук Г.Н. Посохина, кандидата  
технических наук А.С. Парфенова, доктора технических наук  
В.Л. Солунина, доктора технических наук Б.Г. Гурского, доктора 
технических наук З.М. Персица,  доктора технических наук Я.И. Рубиновича, доктора технических наук М.Э. Теслера, доктора технических наук Ю.А. Беланова и других (совместно с кооперацией промышленности) и коллективом специалистов 3-го ЦНИИ МО  
под руководством кандидата технических наук А.М. Свободина (совместно с кооперацией научно-исследовательских учреждений  
МО СССР). В результате проведенных работ в Сухопутных войсках 
ВС СССР был создан первый высокоточный ракетный комплекс за 
счет модернизации ракетного комплекса (РК) оперативно-тактического назначения разработки 1960-х годов. Сущность модернизации (а по существу, разработки нового) РК состояла в оснащении 
ракет Р-17 («Скад» в зарубежной терминологии) отделяемой управляемой головной частью, что позволило повысить точность попадания на два порядка и, как следствие, эффективно применять боевые 
части в обычном снаряжении. 
Значительного повышения точности удалось достичь за счет 
введения корреляционно-экстремальной системы, функционирующей по высокочастотному оптическому ГФП, в систему управления 
отделяемой управляемой головной части (УГЧ). Выбор оптического 
ГФП для наведения УГЧ определялся, прежде всего, потенциально 
высокими точностными характеристиками данного навигационного 
поля, а также его изученностью, наличием соответствующей элементной базы и возможностью подготовки эталонных изображений 
по  аэро- и космическим фотоснимкам штатных технических средств 
воздушной и космической разведок.