Модель оценивания параметров запуска объектов управления
Владельцы патента RU 2600964:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к автоматизированным системам управления и системам управления запуском летательных аппаратов. Модель основана на методе имитационного статистического моделирования, содержит блок функциональных задач вычислительной системы (ВС), блок задания/приема параметров решения, блок задания/приема параметров объекта исследования (ОИ) и параметров обстановки, блок моделирования выхода объектов управления (ОУ) в точку привязки к ОИ, блок распределения ОИ, блок расчета показателей эффективности запуска ОУ. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей модели, повышение эффективности использования летательного аппарата. 2 ил.
Изобретение относится к радиоэлектронным системам корабля, в частности к автоматизированным системам управления и запуском летательных аппаратов, в частности БПЛА.
Модель предназначена для расчета показателей эффективности запуска летательных аппаратов или объектов управления (ОУ) с учетом параметров обстановки и результатов решения оператора, которые в дальнейшем используются для оценки качества решений на запуск. Кроме того, модель обеспечивает визуализацию процесса полета ОУ с использованием средств трехмерной графики.
Среди известных разработок можно выделить систему планирования маршрута и прокладки траектории полета летательного аппарата для комплекса оборудования вертолета (патент РФ №2520174, МПК В64С 13/00, G01C 23/00, G05D 1/00, G08G 5/00, В64С 27/04, опубл. 20.06.2014 г.). Данная модель рассчитывает траекторию полета вертолета и используется в другой прикладной области.
Наиболее близкой по технической сущности аналогом (прототипом) к предлагаемой модели запуска объектов управления является система построения маршрута летательного аппарата (патент РФ №2504725, МПК F41F 3/04, опубл. 20.01.2014 г.). Описываемая модель построена по принципам имитационного статистического моделирования с помощью средств вычислительной техники, содержит блок функциональных задач корабельной системы управления запуском летательного аппарата, блок задания параметров решения, блок задания параметров объекта исследования и параметров обстановки. Эта модель рассчитывает необходимые параметры запуска и маршрута полета для попадания летательного аппарата в расчетную область (район) с дальнейшим получением параметров объектов исследования (ОИ). При этом учитывается вероятностный характер достижения объектом управления цели полета.
Задачей изобретения является обеспечение расчета показателей эффективности запуска объекта управления, которые в дальнейшем используются для автоматической оценки качества этих решений, а также обеспечивает визуализацию процесса полета объекта управления с использованием средств трехмерной графики.
Техническим результатом является создание модели запуска объектов управления с более широкими функциональными возможностями, позволяющими повысить эффективность использования летательного аппарата, степень автоматизации ввода данных оператором, что обеспечит высокую эффективность применения летательных аппаратов или объектов управления и приведет к снижению их числа, необходимого для выполнения задачи с заданной вероятностью.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что представляемая модель, построенная по принципам имитационного статистического моделирования с помощью средств вычислительной техники, обеспечивающая расчет маршрута полета объектов управления с учетом параметров обстановки и решения оператора, содержащая блок задания (приема) параметров решения, блок задания (приема) параметров объекта исследования (ОИ) и параметров обстановки, имеет блок функциональных задач, возлагаемых на вычислительную систему (ВС) корабля, в который дополнительно введены блок моделирования выхода ОУ в точку привязки к ОИ, блок распределения ОИ, блок расчета показателей эффективности пуска ОУ, обеспечивающие расчет вероятности досягаемости цели и учитывающие средства противодействия противника достижению цели полета объекта управления, а также обеспечивают подготовку данных для автоматического определения оценки действий оператора за принятое решение.
Отличительной особенностью модели являются: во-первых, обеспечивается автоматический ввод исходных данных для моделирования, во-вторых, в процессе моделирования используются результаты решения функциональных задач, а именно, маршруты и профили полета ОУ, вероятности достижения объекта исследования (ОИ), преодоления ОУ системы противодействия противника, что повышает оперативность моделирования процесса полета, а также улучшает его адекватность и согласует результаты моделирования и данные, которые предоставляются оператору.
Основные факторы, учитываемые в модели, можно разделить на параметры обстановки, параметры решения и характеристики ОУ.
К параметрам обстановки относятся:
- количество ОИ в расчетной области;
- по каждому ОИ: тип ОИ, состав ОИ, координаты и параметры движения ОИ;
- координаты и параметры навигации корабля, производящего запуск ОУ;
- типы моделируемых ОУ, их количество и состояние;
- учет мероприятий по обеспечению безопасности при решении задач выработки маршрутов полета ОУ к ОИ (обход запретных зон, перелет зон КС, обеспечение безопасности КС от падения стартового двигателя);
- параметры погодных условий (осадки, температура воздуха, направление и скорость ветра, состояние моря);
- параметры местности в районе ОИ (наличие сложных физико-географических условий);
- параметры тактической обстановки на маршруте полета ОУ.
К параметрам решения относятся:
- метод запуска ОУ;
- дальность до ОИ;
- способ подлета к ОИ;
- включение/отключение режима псевдосбора;
- количество ОУ, используемых для обследования ОИ.
К характеристикам ОУ относятся:
- летно-технические характеристики ОУ;
- характеристики и режимы работы головки обнаружения ОИ;
- характеристики полезного груза ОУ.
Основные расчетные показатели:
- вероятность выполнения поставленной перед ОУ задачи (Wi) - при запуске ОУ по одиночному ОИ;
- математическое ожидание числа ОИ, по которым задача выполнена (Mj)
- при запуске ОУ по групповому ОИ, состоящему из однородных объектов;
- математическое ожидание числа ОИ, по которому задача выполнена, из состава ядра () - при запуске по групповому ОИ, состоящему из разнородных объектов.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами фиг. 1-2, где:
- на фиг. 1 представлена структура модели запуска объектов управления;
- на фиг. 2 представлен обобщенный алгоритм имитационного статистического моделирования запуска объектов управления.
Как видно из фиг. 1, модель запуска объектов управления состоит из пяти основных блоков:
- блока задания (приема) параметров решения, который при автономной работе модели формирует эти параметры, а при использовании модели в составе ВС - обеспечивает прием данных о параметрах решения от взаимодействующих программ;
- блока задания (приема) параметров ОИ и параметров обстановки, который аналогично предыдущему блоку обеспечивает задание (прием) параметров ОИ и обстановки;
- блока функциональных задач ВС, который обеспечивает вычисление и ввод в модель маршрута и профиля полета ОУ, координат точек свечений, вероятности досягаемости ОИ, вероятности обнаружения ОИ объектом управления, вероятности преодоления системы противодействия противника;
- блока моделирования выхода ОУ в точку привязки к ОИ, который моделирует процесс полета ОУ от точки старта до точки привязки к ОИ;
- блока распределения ОИ, который решает задачу распределения ОУ по объектам;
- блока расчета показателей эффективности запуска ОУ, который обеспечивает вычисление искомых показателей.
Модель построена по принципам имитационного статистического моделирования с координатным отображением объектов в пространстве и пошаговым развитием процессов во времени.
Обобщенный алгоритм имитационного статистического моделирования запуска ОУ при фиксированном шаге во времени показан на фиг. 2.
В соответствии с приведенным алгоритмом, после установки исходных данных организуются несколько вложенных циклов - по реализациям, по времени, по ОУ.
Моделирование выхода ОУ в точку привязки к ОИ проводится путем пошагового развертывания процесса в пространстве и во времени. Причем при необходимости визуализации полета ОУ по маршруту процесс может развертываться с постоянным шагом во времени с заданной дискретностью. Если такая необходимость отсутствует, процесс развертывается во времени с переменным шагом. Первый шаг соответствует времени движения первого ОУ к точке привязки к ОИ, последующие шаги - интервалам времени между подходами очередных ОУ к точке привязки.
ОУ может не достичь точки привязки по техническим причинам (большая дальность полета, случайное время работы двигательной установки и т.д.). Событие, состоящее в достижении ОУ объекта исследования, моделируется как случайное событие, происходящее с вероятностью Рд, которая рассчитывается ВС. Если ОУ не достигает ОИ, она исключается из дальнейшего рассмотрения.
Ключевое место в модели занимает блок распределения ОИ. Основными задачами, решаемыми этим блоком, являются:
а) определение момента выхода ОУ в точку привязки к ОИ и моментов включения головки обнаружения (ГО);
б) расчет координат ОУ относительно центра группы исследуемых объектов ОИ;
в) определение ориентации зоны обзора ГО относительно центра группы ОИ;
г) определение ОИ, попадающих в зону обзора ГО;
д) закрепление ОУ за выбранным объектом исследования.
Указанные задачи решаются для каждого ОУ, вышедшего в точку привязки к ОИ. В результате получаем распределение ОУ по объектам исследования.
По окончании цикла по всем ОУ проводится подсчет числа ОУ, захвативших каждый объект. По окончании цикла по времени проводится расчет показателей эффективности пуска ОУ.
Вычисление вероятности выполнения задачи по i-му объекту из состава ОИ проводится по формуле:
где pi - вероятность подлета ОУ к i-му объекту;
Qi - вероятность преодоления ОУ противодействия i-го объекта;
ωi - параметр сложности выполнения задачи по i-му объекту;
ni - количество ОУ, запускаемых на i-й объект.
Математическое ожидание числа объектов из состава ОИ, по которым выполнена задача, определяется как:
где I - количество объектов в составе j-го ОИ.
Математическое ожидание числа ОИ из состава ядра, по которым выполнена задача, вычисляется по формуле:
где K - количество объектов в составе ядра j-го ОИ.
Среднее необходимое число подлетов ОУ к ОИ для выполнения задачи (параметр сложности выполнения задачи - ω) известно из опытных данных.
Полученные значения сохраняются для дальнейшей статистической обработки, которая проводится по окончании цикла по реализациям.
Визуализация полета ОУ заключается в отображении процесса запуска по одной реализации имитационной модели средствам трехмерной графики.
Таким образом, разработанная имитационная статистическая модель учитывает основные факторы, определяющие эффективность запуска ОУ, в процессе моделирования сопрягается с функциональными задачами ВС и обеспечивает вычисление показателей эффективности, необходимых для автоматического определения оценки оператора за принятое решение на запуск ОУ.
Работоспособность модели подтверждена результатами сравнения с действующим вариантом системы управления пуском объекта управления и статистическими данными по опытным запускам.
Модель оценивания параметров запуска объектов управления, построенная по принципам имитационного статистического моделирования с помощью средств вычислительной техники, обеспечивающая расчет маршрута полета объектов управления с учетом параметров обстановки и решения оператора, содержащая блок функциональных задач вычислительной системы (ВС), блок задания/приема параметров решения, блок задания/приема параметров объекта исследования (ОИ) и параметров обстановки, отличающаяся тем, что в состав блока функциональных задач ВС дополнительно введены блок моделирования выхода ОУ в точку привязки к ОИ, блок распределения ОИ, блок расчета показателей эффективности запуска объектов управления (ОУ), обеспечивающие расчет вероятности досягаемости цели и учитывающие количество назначенных ОИ, средств противодействия противника, набора параметров целераспределения, задания различных признаков налета, сопряженными с функциональными задачами корабельной системы управления запуском объектов управления, а также обеспечивают подготовку данных для автоматического определения оценки оператора за принятое решение.
