МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ НА ТРЕНАЖЕРЕ ПТРК Текст научной статьи по специальности «Математика»

Muralev Andrey Alexandrovich, candidate of pedagogical sciences, docent, muralev-a@mail.ru, Russia, Perm, Perm Military Institute of the National Guard of the Russian Federation,

Kornouhov Aleksey Yurevich, lecturer, muralev-a@mail. ru, Russia, Perm, Perm Military Institute of the National Guard of the Russian Federation

УДК 159.94

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ НА ТРЕНАЖЕРЕ ПТРК

В.В. Сигитов, А.И. Ковинько, Е.А. Романюта

Предложена методика выбора порядка следования задач по показателям их сложности и однотипности. Показано, что последовательность отработки однотипных учебных задач должна устанавливаться с учетом обеспечения максимально возможного положительного переноса навыков.

Ключевые слова: тренажер, учебная задача, оператор ПТРК.

На эффективность процесса обучения операторов ПТРК существенное влияние оказывает последовательность выполнения учебных задач [1], которая должна определяться с учетом обеспечения максимально возможного переноса навыков. Решению задачи определения такой последовательности посвящен ряд работ [1-9]. Представляет определенный интерес определение методики выбора порядка следования задач по показателям их сложности и однотипности.

В соответствии с [7], последовательность отработки разнотипных (не содержащих идентичных операций деятельности) учебных задач должна устанавливаться по принципу «от простого - к сложному», сводя к минимуму опасность возникновения отрицательного переноса и интерференции навыков. Выполнение этого принципа можно проследить по росту показателя сложности у] предъявляемых оператору задач

7/1 >7/2 >7/з >... >7/п. (1)

В общем случае сложность задачи определяют из выражения:

7/ =70 , (2)

где уо/ - коэффициент пропорциональности; А1 - показатель темповой напряженности деятельности; Ь - нормированный показатель логической сложности алгоритма учебной задачи, определяемый из выражения:

2

1 Пл ь=ЛI—;

N /=1 тл

где N - число элементарных операций и логических условий в алгоритме; тл/ - число логических условий в/-й комплексной группе (i = 1, щ ); Пл - число непрерывных групп логических условий в алгоритме; тл - число элементарных операций и логических условий алгоритмов в/-й комплексной группе (i = 1, щ ).

При этом под комплексной группой понимается одна непрерывная группа логических условий и следующая за ней одна непрерывная группа элементарных операций.

В соотношении (2) Z - нормированный показатель стереотипности учебной задачи, рассчитываемый по формуле:

Z=-У mk

NÈl

где N - общее количество элементарных операций и логических условий в алгоритме; n0 - число непрерывных групп элементарных операций в алгоритме; m0i - число элементарных операций в i-й комплексной группе (i = l, no ); Mi - суммарное число элементарных операций и логических условий в i-й комплексной группе (i = l, no ).

Комплексная группа включает одну непрерывную группу элементарных операций и следующую за ней одну непрерывную группу логических условий.

Последовательность отработки однотипных учебных задач должна устанавливаться с учетом обеспечения максимально возможного положительного переноса навыков. Количественно меру совпадения элементарных операций в учебных задачах, характеризующих перенос навыков, необходимо вычислять с помощью показателя Kj однотипности j-й задачи по формуле:

l

У ZmjSmj

Kj =-m=L-, (3)

jnl v y

У ZijSij + У ZmjSmj i=1 m=1

где l - число совпадающих (несовпадающих) элементарных операций деятельности в базовой (сравниваемой) и отрабатываемой задаче; m - номер совпадающих (несовпадающих) операций в j-й задаче; Smj(Sij) - коэффициент веса совпадающей (несовпадающей) операции; Zmj(Zmj) - коэффициент совпадения (несовпадения) операции.

Коэффициент веса совпадающей (несовпадающей) операции (Sj) определяют методом экспертных оценок [8] следующим образом:

Zmj = 1, Zij = О, если операции совпадают полностью; Zmj = Zij = 0,5, если операции совпадают частично; Zmj = 0, Zmj = 1, если операции не совпадают.

На неверное установление последовательности отработки однотипных учебных задач укажет снижение значения показателя Kj по ходу построенного ряда.

Рассмотрим, как предъявляются оператору практические учебные задачи в процессе обучения на тренажере 9Ф660-2 ПТРК «Корнет».

Анализ характера учебных задач в последовательности предъявления на тренажере позволил выделить группы сходных задач:

группа Н - начальный уровень сложности (С-1...С-4) - для привития начальных навыков управления;

группа I - первый уровень сложности (С-5... С-8) - для развития точности и координации управляющих движений оператора;

группа II - второй уровень сложности II (С-9...С-19) - для развития и совершенствовали навыков двухкоординатного сопровождения целей;

группа III - третий уровень сложности III (С-20.С-23) - для совершенствования и доведения до автоматизма навыков двухкоординатного сопровождения целей (в задачах С-21... С-23 цель групповая).

Оценим соответствие требованиям [7] последовательности предъявления разнотипных по уровню сложности групп учебных задач на электронном тренажере. Перед проведением расчетов примем ряд допущений:

1. Оператор ПТРК выполняет задачи поражения цели «традиционным» способом.

2. При определении сложности задач коэффициент пропорциональности yoj = 1.

3. Выполнение учебных задач происходит без ограничения времени.

Исходя из характера движения цели и ответных действий оператора, представим алгоритм выполнения задач начального уровня сложности в виде комплексных групп (рис. 1).

Представление алгоритма выполнения задач первого уровня сложности в виде комплексных групп показано на рис. 2. Как видно из рис., с усложнением характера движения цели растет длина цепи /-х и /'-х комплексных групп, что объясняется возникновением дополнительных условий выполнения алгоритма.

Цель

обнаружена

Воздействие на ОУ (захват цели)

Цель не

обнаружена

(скрыта)

Нет воздействия

(ожидание

предъявления

\ /

Цель движется

Цель

неподвижна

Воздействие на ОУ (сопровождение)

Нет воздействия _/

>

I I - непрерывная группа логических условий; I I - непрерывная группа элементарных операций; | ) - выполненное условие перехода к следующей группе Рис. 1. Представление алгоритма выполнения задач для привития начальных навыков управления в виде]-х (1-х) комплексных групп

Цель обнаружена

Воздействие ^ на ОУ

(захват цели) /

Цель не обнаружена" (скрыта)

Нет

воздействия

Цель движется

Цель не подвижна

Воздействие на ОУ

Нет

воздействия

Перемещение равномерное

Перемещение с ускорением

Воздействие с\ равным усилием^

Воздействие с

переменным

усилием

)

V__ ,_у V____У V____^

_ У ^_ ; ^

• ! V . о V . ~

7=1 /=1 ' = 2 1=2 7=3 I I - непрерывная группа логических условий; I I - непрерывная группа элементарных операций; I > - выполненное условие перехода к следующей группе

Рис. 2. Представление алгоритма выполнения задач первой группы сложности

в виде 1-х (1-х) комплексных групп

Представление алгоритма выполнения задач второго и третьего уровней сложности в виде комплексных групп производится аналогично.

Для определения сложности задач в каждой группе будем использовать выражение (1). Показатель темповой напряженности деятельности оператора для всех задач обучения на основании допущения 3 примет значение At = 1.

Анализ механизма формирования комплексных групп показал, что учебные задачи С-9, С-10, С-18, С-20 необоснованно отнесены к выделенным по уровню сложности группам. Показатель сложности у/ для задач С-9, С-10, С-18 и С-20 принимает значение 9,7; 9,7; 9,3 и 9,3 соответственно, что позволяет отнести их к задачам первого уровня сложности и указывает на необходимость переформирования I, II и III групп учебных задач.

Таким образом, выполнение принципа (1) для переформированных групп учебных задач с различным уровнем сложности будет выглядеть следующим образом:

8,8Н > (9,3 - 9,7)1 > 10,111 > 13,4111 Рассмотрим последовательность предъявляемых оператору однотипных учебных задач внутри группы. При этом будем понимать, что оператор воспринимает имитируемый тренажером целевой объект, движущийся на определенной дальности с некоторой скоростью, в виде перемещающейся в поле зрения визира геометрической фигуры, имеющей в каждом предъявлении различные угловые размеры. Представим перемещение целей в координатах «рубеж - угловое перемещение». На рис. 3 показано перемещение целей в задачах начального Н и первого I уровня сложности.

£>/ч

0 10 20 30 40 50 60 70

ф - цели в задачах начального уровня сложности; % - цели в задачах первого уровня сложности

Рис. 3. Перемещение целей в задачах начального и первого уровня сложности в координатах «рубеж - угловое перемещение»

Под базовой задачей будем понимать первую задачу в каждой группе предъявляемых учебных задач, и с её элементарными операциями будем проводить сравнение. Под элементарной операцией будем понимать единичное воздействие оператора на ОУ, в ответ на появление ошибки рассогласования марки прицела и цели (реакция на выход марки за контуры цели).

Логические рассуждения построим следующим образом. В деятельности оператора при выполнении учебной задачи были выделены фазы дискретного и непрерывного слежения. При этом было показано, что скорость перемещения цели неоднозначно влияет на характер исполнительных действий оператора в этих фазах. Из этого следует, что адекватно сравнить возможно лишь оцениваемую у-ю и базовую задачи, в которых угловые перемещения целей равны. На рис. 1 из всех представленных задач к таким задачам относятся лишь С-1.. .С-4 (фу = 0).

В такого рода задачах управляющие движения оператора, приходящиеся на фазу дискретного слежения, однотипны, и ими при сравнении учебных задач можно пренебречь. Число элементарных операций в фазе непрерывного слежения примем пропорциональным времени слежения, которое можно будет оценивать дальностью до цели. В то же время, число элементарных операций будет обратно пропорционально воспринимаемым оператором угловым размерам цели, которые, в свою очередь, обратно пропорциональны дальности до неё. Тогда, соотношение числа У элементарных операций в у-ой и базовой задаче будет определяться зависимостью:

162

Yj

D

■ Y

* Т^ 1

при jj = j ; Y = 1 + n.

(4)

Очевидно, что операции в j-ой и базовой задаче будут совпадать частично. Тогда Zmj = Zij = 0,5.

Поскольку в задачах I, II и III групп сложности угловые перемещения целей различны, необходимо определить зависимость, связывающую изменения дальности и перемещения целей в предположении, что все цели в задачах группы будут восприниматься оператором перемещающимися со скоростью цели базовой задачи (рис. 4).

D

Dj

Df

D*

0

• - цель базовой задачи С (угловое перемещение <р ); ф - цель задачи С), воспринимаемая оператором движущейся

с отличной от цели задачи С скоростью (щфу ); ф - соответствующая задаче С) цель, воспринимаемая

оператором движущейся со скоростью цели базовой задачи С

= <р)

Рис. 4. Восприятие оператором движения целей базовой и отличной от базовой задач в координатах «рубеж - угловое перемещение»

Как видно из рис. 4, дальность до цели ву-ой задаче при условии фу = ф*, определится выражением:

Dj

Dj ■ASJ AS j

и с учетом того, что

AS\

tg j , преобразуется к виду:

Dj

Dj ■ASj

tg j

(5)

Используя выражение (4) и (5), легко получить зависимость числа У элементарных операций в у-ой и базовой задаче Уу = /(У*):

Yj =

^D; AS; л2

j

j

У при ф у Ф Ф ; Уу = 1 + п. (6)

V м"; 7 7

Покажем практическое применение полученных и приведенных в [9] зависимостей на примере определения последовательности отработки учебных задач первого уровня сложности.

*

За базовую задачу в группе I принята задача С-5. Применим выражение (6) для определения зависимости числа У элементарных операций в задаче С-6 и базовой задаче С-5.

Применив выражение (3), с учетом равенства 2т/ = = 0,5, рассчитаем значение показателя однотипности К задачи С-6:

0,5 • У Зт/ Кб =--щ

0,5(У6 - У * )Зг/ + 0,5 • У

'г/ ^ ^т/

Коэффициенты веса совпадающей Зт/ и несовпадающей З/ операции в соответствии с [9] предполагается определять при помощи метода экспертных оценок. Поскольку предшествующее некоторой совпадающей или несовпадающей элементарной операции появление ошибки рассогласования марки прицела и цели на любом из участков слежения может повлиять в равной мере на исход решаемой учебной задачи (например, выход марки за контуры цели до касания земли - задача не выполнена), коэффициенты Зщ и принимаем равными.

С учетом изложенного, получим К6 = 0,016. В ходе аналогичных расчетов получены показатели однотипности задачи С-7 - К7 = 0,003, и задачи С-8 - К8 = 0,019. Составим ряд из коэффициентов К в порядке предъявления задач группы на тренажере. Получим: 1; 0,016; 0,003; 0,019.

Как видно, значения коэффициентов К расположены не по убывающей последовательности. Удовлетворяющий требованиям [9] ряд должен иметь вид: 1; 0,019; 0,016; 0,003, что указывает на необходимость изменения порядка предъявления тренажером учебных задач с целью выполнения их в следующем порядке: С-5; С-8; С-6; С-7.

С использованием предложенного методического аппарата рассчитаны значения коэффициентов однотипности К для учебных задач других групп.

Таким образом, предъявляемая тренажером 9Ф660-2 последовательность учебных задач не в полной мере удовлетворяет требованиям РД В 50-616-86 к порядку следования задач по показателям их сложности и однотипности. Предложенный методический аппарат позволил определить последовательность отработки оператором ПТРК учебных задач на тренажере с учетом обеспечения максимально возможного положительного переноса и исключения интерференции приобретаемых навыков.

Список литературы

1. Сигитов В.В. Эргономическая оценка тренажеров и профессиональный отбор операторов управляемого вооружения. Тула: ТулГУ, 2010. 332 с.

2. Лискин В.М. Тренажеры огневой подготовки операторов управления вооружением. М.: 1988. 101 с.

3. Военно-экономический анализ / Под ред. С.Ф. Викулова. М.: Воениздат, 2001. 350 с.

4. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М. Высшая школа, 2001. 208 с.

5. Теория оптимизации систем автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 744 с.

6. Кувшинов В.В., Логвинов С.С., Мальцев В.А. Физико-математическое моделирование и оценка качества функционирования военных эргатических систем «оператор-тренажер ПТРК». Тула: ТулГУ, 2004. 136 с.

7. РД В 50-616-86. Система стандартов эргономических требований и эргономического обеспечения. Методы и организация обучения и тренировки операторов. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1987. 16 с.

8. Литвак Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. М.: Патент, 1996.

271 с.

9. Курс подготовки артиллерии (КПА-93): Введ. в действие приказом главно-ком. СВ 11.12.1993. М.: Воениздат, 2001. Ч. 1. 70 с.

Сигитов Виктор Валентинович, д-р техн. наук, советник генерального директора по УТС ПВО и информационным технологиям, cdhaeacdhae.ru, Россия, Тула, АО ЦКБА,

Ковинько Андрей Иванович, заместитель начальника отдела, cdhaeacdhae.ru, Россия, Москва, Главное управление вооружения Вооруженных Сил МО РФ,

Романюта Александр Евгеньевич, начальник, cdhaeacdhae.ru, Россия, Москва, ФГБУ «46 ЦНИИ» МО РФ

METHODOLOGY FOR DETERMINING THE SEQUENCE OF TRAINING TASKS

ON THE A TGM SIMULA TOR

V. V. Sigitov, A.I. Kovinko, E.A. Romanyuta

A method for selecting the order of tasks according to their complexity and uniformity is proposed. It is shown that the sequence of working out the same type of training tasks should he set taking into account the maximum possible positive transfer of skill.

Key words: simulator, training task, ATGMoperator.

Sigitov Viktor Valentinovich, doctor of engineering sciences, advisor to the general director, cdhaeacdhae. ru, Russia, Tula, JSC CDBAE,

Kovinko Andrey Ivanovich, deputy head of department, cdhaeacdhae. ru, Russia,

Moscow,

Romanyuta Aleksandr Evgenievich, head, cdhaeacdhae. ru, Russia, Moscow, FGBI «46 CSRI»

УДК 621.317.39

АЛГОРИТМ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ В РАЗНЕСЕННОЙ MIMO РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

А.И. Полубехин, А.В. Петешов, В.Л. Румянцев

Рассмотрены различные варианты обработки эхо-сигналов в пространственно-когерентной MIMO системе. Представлена модель зондирующего сигнала в радиолокационных системах в виде импульсов, модулированных бинарными или многофазными кодовыми последовательностями. Приведены обобщенные структурные схемы алгоритмов централизованной обработки сигналов в многопозиционной пространственно- когерентной MIMO системе обнаружения для случая независимых флуктуа-ций эхо-сигналов. Результаты могут быть использованы для оценки энергетических характеристик различных типов перспективных MIMO РЛС.

Ключевые слова: радиолокационная система, пространственная когерентность, отношение правдоподобия.

В настоящее время широко применяются так называемые MIMO РЛС [1 - 6], важным достоинством которых является возможность превращения передающей антенны в обычную ФАР в режиме сопровождения, когда необходимо концентрировать энергию излучения на обнаруженной цели.

165