CC BY
190
А.В. Аврамов,
кандидат технических наук, доцент, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
А.В. Леньшин,
доктор технических наук,
Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
ГИБРИДНАЯ БОРТОВАЯ ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ОБЪЕКТОВ КАК СОСТАВНОЙ ЭЛЕМЕНТ АППАРАТНО-ИНТЕГРИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА БОРТОВОГО РЭО ПЕРСПЕКТИВНОГО ВЕРТОЛЕТА
HYBRID ONBOARD EXPERT SYSTEM OF DETECTION,
DEFINITIONS OF COORDINATES AND IDENTIFICATION OF OBJECTS AS THE COMPONENT OF THE HARDWARE-INTEGRATED COMPLEX OF THE ONBOARD RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT OF THE PERSPECTIVE
HELICOPTER
Рассмотрены подходы и особенности построения гибридной бортовой экспертной системы обнаружения, определения координат и принадлежности объектов перспективных воздушных судов на основе концепций построения аппаратноинтегрированных комплексов бортового радиоэлектронного оборудования и интегрированных систем опознавания.
Approaches andfeatures of construction of hybrid onboard expert system of detection, definition of coordinates and an accessory of objects of perspective aircrafts on the basis of concepts of construction of the hardware-integrated complexes of the onboard radio-electronic equipment and the integrated systems of the identification are considered.
Опыт ведения боевых действий и локализации чрезвычайных ситуаций последних десятилетий показал высокую значимость применения вертолетов различных типов. От современного вертолета требуется обеспечение его применения круглосуточно в любых метеоусловиях, как правило, на малых и предельно малых высотах. При этом должна обеспечиваться максимальная безопасность полетов, точность и своевременность выполнения поставленной задачи, а также полное взаимодействие с воздушными и наземными командными (диспетчерскими) пунктами, с другими воздушными судами и т.д.
Эффективное решение поставленных перед вертолетом задач во многом определяется качеством функционирования бортового радиоэлектронного оборудования (РЭО), достоверностью получаемой с помощью РЭО информации и своевременностью принятия экипажем соответствующих решений. Необходимость обеспечения наилучшей ситуационной осведомленности экипажа о внутри- и внешнебортовой обстановке, облегчения экипажу вертолета решения маршрутных и других задач, а также своевременного информирования экипажа о наступающей опасности и рекомендации гарантированных способов ее преодоления достигается созданием и внедрением на борту вертолета комплекса бортового радиоэлектронного оборудования (КБРЭО).
Международный и отечественный опыт создания КБРЭО показывает, что
перспективной является структура аппаратурно-интегрированного комплекса [1]. Архитектура такого КБРЭО базируется на создании основных аппаратурных элементов, образующих интегрированную многодатчиковую информационную среду, в которой выделяются [2]: интегрированная приемопередающая система,
обеспечивающая функционирование комплекса во всем диапазоне частот; интегрированная система обработки сигналов и информации на основе применения единой высокопроизводительной информационно-вычислительной системы (ИВС); интегрированные каналы передачи информации на основе применения высокоскоростных систем информационного обмена, позволяющих передавать информацию от датчиков различной физической природы и различных диапазонов длин волн в едином представлении.
В данной архитектуре разделение комплекса на аппаратурно завершенные компоненты осуществляется по виду операций с сигнальными полями [1]. Этим обеспечивается прием и обработка сигналов во всем частотном диапазоне действия радиоэлектронного оборудования в интересах решения всех функциональных задач, возлагаемых на комплекс. Объединение и обработки информации осуществляются по иерархическому принципу по специализированным алгоритмам оценки, принятия решений и управления. Такая структура построения КБРЭО вертолета позволяет в полной мере использовать принцип модульности аппаратурной реализации и динамической реконфигурации его ресурсов в условиях эксплуатации в зависимости от поставленной задачи.
Однако в современных условиях полета от летчика (экипажа) вертолета требуется проведение анализа очень большого объема информации и принятия в короткий промежуток времени адекватных решений по выполнению поставленной задачи. При этом физиологические возможности летчика (-ов) как элемента (-ов) контура управления воздушного судна в экстремальной и интенсивно меняющейся ситуации ограничены [3]. Все это приводит к снижению эффективности выполнения поставленных задач.
В таких условиях максимально полное представление непротиворечивой информации о наземных и воздушных объектах и их характеристиках, максимально точное исполнение принятых решений в пилотировании воздушного судна, наведении средств поражения и управлении измерителями может быть обеспечено бортовыми экспертными системами измерительной и исполнительной аппаратуры (БЭС ИИА). Подобные бортовые экспертные системы представляют собой специализированные программные модули, обеспечивающие решение определенного круга задач автоматического поиска способов достижения поставленных целей управления [2, 3].
Одними из важных задач, требующих решения в экстремальных условиях полета, навигации и применения воздушного судна, являются задачи обнаружения воздушных и наземных объектов, определения их пространственных координат, типа и государственной принадлежности, оценки степени их опасности и угрозы для воздушного судна и т.д. Результатом их решения могут являться рекомендации по выполнению мероприятий, связанных с преодолением угрозы воздушному судну: определение и подготовка средств поражения объекта в соответствии с его типом и опасностью, обмен полученной информацией о наличии и характеристиках наблюдаемых объектов между взаимодействующими объектами (воздушными судами, пунктами наведения, позициями артиллерии и т.д.).
Повышение эффективности принятия решений об обнаружении, определении координат и принадлежности объектов, а также в экстремальных условиях формирование управлений для исполнительных систем видится возможным с применением разновидности БЭС ИИА, а именно бортовой экспертной системы обнаружения, определения координат и принадлежности объектов (БЭС ООО) [2, 3]. Функционирование данной системы основано на использовании всей доступной на борту вертолета (воздушного судна) ин-
формации об объектах: текущей количественной и качественной информации от бортовых радиолокационных, оптико-электронных, радиотехнических измерителей и внебортовых источников; априорной информации о типах объектов и их характеристиках, имеющейся в бортовой базе данных от экспертов на основе предполетной подготовки и оперативно передаваемой информации по каналам систем обмена данными.
Анализ требований к облику БЭС ООО [2, 3], а также структуры и принципов функционирования прорабатываемой с середины 90-х годов интегрированной системы опознавания (ИСО) [4, 5] позволяет сделать выводы о возможности создания гибридной бортовой экспертной системы обнаружения, определения координат и принадлежности объектов (ГБЭС ООО). Обобщенную структуру данной ГБЭС ООО можно представить в виде рисунка.
Структура гибридной бортовой экспертной системы обнаружения, определения координат и принадлежности объектов
В качестве бортовых измерительных средств для решения задач обнаружения, определения координат и принадлежности объектов могут использоваться: система радиолокационного опознавания (СРЛО); терминал многофункциональной интегрированной системы связи, навигации и обмена данными (МИС СНО) [6]; бортовая распознающая радиолокационная станция (БРЛС); система радиотехнической разведки (СРТР) или пассивная РЛС (ПРЛС); бортовая распознающая оптико-электронная система (ОЭС), состоящая из оптико-локационной, телевизионной и тепловизионной станций, нашлемной системы целеуказания и индикации, системы ночного видения.
Данные средства обеспечивают формирование на борту воздушного судна избыточной количественной и качественной информации о наличии объектов во всем диапазоне дальностей действия используемых измерителей, о пространственных координатах наблюдаемых объектов и их типах.
Для обеспечения решения поставленных задач на основе аппаратнофункциональной интеграции данные измерители сгруппированы в составе ГБЭС ООО в подсистемы, представляющие программные субмодули обработки информации и принятия в масштабе ГБЭС ООО частных решений.
Подсистема прямого опознавания (ППО) основана на аппаратно-функциональной взаимосвязи системы радиолокационного опознавания и бортовой РЛС для решения задач радиолокационного обнаружения и опознавания обнаруженных целей. Ис-
пользование в составе БРЛС фазированной антенной решетки и введение в ее состав специальных модулей позволяет обеспечить совместную работу запросчика СРЛО, а также системы радиотехнической разведки в пассивных режимах работы БРЛС [6]. В этих условиях реализация алгоритмов отождествления информации СРЛО, БРЛС и СРТР позволит существенно повысить достоверность прямого опознавания обнаруженных объектов в этой подсистеме.
Подсистема координатно-связного опознавания (ПКСО) основана на аппаратнофункциональной взаимосвязи каналов МИС СНО, БРЛС, ОЭС и, возможно, ПРЛС (или РЛС с ФАР в пассивном режиме) для решения задач координатно-связного опознавания воздушных целей на всех дальностях действия БРЛС, ОЭС и ПРЛС [4]. Взаимосвязь задействованных в этой подсистеме информационных каналов обеспечивается алгоритмами оптимального оценивания, идентификации и отождествления результатов измерений информационных каналов в соответствии с условиями выполнения задачи.
Подсистема косвенного опознавания (ПКО) основана на аппаратно-
функциональной взаимосвязи БРЛС, ОЭС и СРТР (ПРЛС). Данные измерители обеспечивают решение задач определения типов наблюдаемых объектов на основе реализации алгоритмов распознавания по характерным для каждого измерителя информационным признакам. Использование разнотипных распознающих систем позволяет увеличить объем признакового пространства, на языке которого возможно более детальное описание типов и классов распознаваемых целей. Тем самым обеспечивается более высокая достоверность классификации целей по типам. В свою очередь, классификация целей по типам при наличии априорной информации о целях, имеющейся в базе данных, позволяет решить задачу определения принадлежности (опознавания) объекта косвенным образом.
База данных содержит данные и правила, использующие эти данные для принятия решений. Примерное содержание получаемых данных для решения поставленных задач может быть следующим [3]:
• из внешней среды принимается априорная информация о: задаче вылета, способе ее выполнения и результатах; рубежах выполнения задачи; ранге данного борта; типе и количестве объектов на участке выполнения задачи и т.д.;
• по каналам МИС СНО принимается текущая информация: о своем воздушном судне и воздушных судах группы, взаимодействующих с данным бортом по сети межбортового обмена; об объектах (наличие, координаты, типы, количество, признаки групповых объектов, наличие и типы помех, вероятности определения типов объектов, помех, количество объектов в группах, признаки измерителя объектов, признаки отождествления информации от разных источников, ошибки оценивания координат, признаки достоверности измерения отдельных координат).
Таким образом, полученный объем информации позволяет сформировать априорные сведения, необходимые для всестороннего анализа и интеллектуального принятия решений в ГБЭС.
Блок математических моделей включает ряд алгоритмов и моделей. Модели осуществляют прогноз фазовых координат, с помощью которых может вестись описание поведения объектов в каждом измерителе. Как правило, это дифференциальные уравнения изменения фазовых координат. С помощью таких моделей по соответствующим алгоритмам могут рассчитываться оценки моментов времени наступления характерных для принятия решений событий. Специализированные алгоритмы и модели позволяют получить недостающую информацию о текущем состоянии и условиях наблюдения объектов, провести анализ сложившейся обстановки с необходимой глубиной и выработать рекомендации на разрешение возникших проблем в принятии решений.
Окончательное решение о типе обнаруженного объекта, его координатах и принадлежности принимается в блоке оценивания и принятия решения. Здесь может формиро-
ваться логический вывод правила о нахождении и распознавании объектов, выбор траектории и управления вертолетом, принятие решения на применение оружия, управление бортовыми информационными системами, выбор тактики и приемов боя и выполнения полета, подготовка систем оружия и средств информационного противодействия и т.д. Его функционирование должно быть основано на детальном и всестороннем анализе всей имеющейся информации на борту с учетом всей совокупности математических моделей, априорной и текущей информации. При этом алгоритмы принятия решений должны адаптироваться к окружающей обстановке и с максимальной достоверностью представляться на индикаторы, обеспечивать принятие летчиком адекватных действий в сложившейся воздушной обстановке. В таком случае функционирование блока оценивания и принятия решения основывается на интеллектуальной обработке информации для ее достоверного представления летчику и управления системами воздушного судна.
При таком построении ГБЭС ООО предполагается повышение достоверности принятия решений о наблюдаемых объектах и эффективности применения вертолетов (воздушных судов) в современных условиях решения поставленных задач. Проведенные ранее исследования по созданию интегрированной системы опознавания перспективных воздушных судов могут послужить теоретической основой для создания гибридной бортовой экспертной системы обнаружения, опознавания и определения государственной принадлежности воздушных объектов. Дальнейшая углубленная проработка разработанных алгоритмов принятия решений в ГБЭС ООО с учетом перспектив развития бортовых информационных систем позволит реализовать современные требования к гибридной бортовой экспертной системе обнаружения, определения координат и принадлежности объектов. Поэтому одной из основных задач при создании ГБЭС ООО является разработка алгоритмов оптимальной комплексной обработки информации, интеллектуального принятия решений и управления информационными системами с учетом особенностей их построения и реальных условий выполнения полетных заданий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андросов В. А., Кутахов В. П. Архитектура аппаратно интегрированного радиоэлектронного комплекса // Радиотехника. — 1996. — № 9. — С. 49—54.
2. Канащенков А.И., Самарин О.Ф., Татарский Б.Г. Искусственный интеллект и бортовой радиоэлектронный комплекс летательного аппарата // Бортовые интеллектуальные системы. Ч.1. Авиационные системы: сборник статей. — М.: Радиотехника, 2006. — С. 17—25.
3. Интеллектное управление динамическими системами / С.Н. Васильев [и др.]. — М.: Физ.-мат. лит., 2000. — 352 с.
4. Жиронкин С.Б., Аврамов А.В., Быстраков С.Г. Построение интегрированных систем опознавания на основе координатно-связного метода // Зарубежная радиоэлектроника. — 1997. — № 5. — С. 71—74.
5. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т.1. РЛС — информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов / под ред. А. И. Кана-щенкова и В. И. Меркулова. — М.: Радиотехника, 2006. — 656 с.
6. Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Системы управления, связи и радиоэлектронной борьбы. Том XIII / под общей редакцией С. Иванова. — М.: Издательский дом «Оружие и технологии», 2006. — 696 с.
