CC BY
1
DEVELOPMENT OF COGNITIVE MODELING ALGORITHMS FOR OPTIMIZATION OF DECISION MAKING IN SPACE COMPLEX CONTROL SYSTEMS
P.A. Panilov, T.Yu. Tsibizova, M.A. Kocheshkov
The research is devoted to the development of cognitive modeling algorithms for optimization of decision-making processes in space complex control systems. Key aspects of cognitive modeling, its functioning principles and its role in decision-making optimization are considered. The paper emphasizes the importance of continuous development of these algorithms to ensure the adaptability and efficiency of control systems in a dynamic space environment.
Key words: cognitive modeling, control systems, space complexes, decision optimization, algorithms, machine learning, evolutionary algorithms, artificial intelligence, adaptive methods, deep learning, quantum algorithms, transfer learning.
Panilov Pavel Alekseevich, assistant, panilovp.a@,bmstu.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University,
Tsibizova Tatiana Yurievna, doctor of pedagogical sciences, docent, professor, mumc@,bmstu.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University,
Kocheshkov Maxim Aleksandrovich, postgraduate; design engineer, gror_godfroy@,mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University; JSC «SPA «Echelon»
УДК 629.7.05
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-6-80-87
ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ УНИФИЦИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ
И РАЗРАБОТКЕ РСЗО И САУ
А.А. Кучин, И.А. Шипов
Изложены функциональные возможности современной системы ориентирования. Описана структура унифицированной системы ориентирования, построенной по модульному принципу. Приведен пример модернизации ранее произведенных РСЗО путем их оснащения системой ориентирования.
Ключевые слова: современная система ориентирования, модульный принцип, модернизация, повышение эффективности применения.
Современная система ориентирования для наземных подвижных объектов обладает широкими функциональными возможностями, предполагающими не только формирование навигационного решения, но и автоматизированное выполнение геоинформационных, топогеодезических и специальных задач. Базовое навигационное решение включает [1]:
80
- координаты местоположения объекта;
- углы пространственной ориентации объекта (дирекционный угол, углы крена и тангажа);
- текущую скорость и пройденный путь;
- время и дату.
Помимо вышеперечисленных параметров, система ориентирования может обеспечивать пользователя (потребителя) дополнительной информацией, необходимой для корректного функционирования специализированной аппаратуры. Расширенное навигационное решение включает спутниковую информацию, содержащую эфемериды, альманахи и высокоточную метку времени, а также инерциальную информацию, содержащую угловые скорости и ускорения объекта.
Одной из функциональных составляющих системы ориентирования является геоинформационный модуль, предназначенный для работы с электронными картами местности различных форматов и решения следующих задач:
- отображение электронной карты местности и данных оперативной обстановки на ее фоне;
- прокладка маршрутов следования;
- построение зон видимости на основе высотных данных;
- получение информации об объектах на местности;
- оповещение пользователя об уходе с маршрута и выходе в заданный район.
Современная система ориентирования в отличие от систем предыдущих поколений не только обладает улучшенными точностными и эксплуатационными характеристиками, но и поддерживают работу с электронными картами местности и цифровыми моделями рельефа, загруженными силами экипажа из общедоступных источников.
Вновь разрабатываемые системы ориентирования выполняют автоматизированное решение топогеодезических задач [1]:
- пересчет координат между различными системами координат и проекциями;
- решение прямой и обратной геодезических задач;
- преобразование координат в смежную зону;
- вычисление дирекционного угла по истинному азимуту и истинного азимута по дирекционному углу;
- решение треугольников на плоскости;
- расчет координат и высот пункта по результатам угловых и линейных измерений;
- вычисление прямых и обратных засечек;
- определение номенклатуры листа карты заданного масштаба.
Помимо приведенных функциональных возможностей, система
ориентирования может выполнять и ряд других специализированных за-
дач, имеющих более узкую направленность, например, таких, как расчет установок стрельбы и корректур.
Современная система ориентирования является сложным техническим изделием, обладающим широким функционалом, согласно которому формируются структура системы и ее аппаратный состав.
Использование модульного принципа построения при разработке новых систем ориентирования позволяет достичь ее унифицированного применения в различных подвижных объектах. Основой данного подхода является представление каждой единицы аппаратуры в виде отдельного модуля, который обладает возможностью быстрой замены на другой, обеспечивающий иные функциональные возможности. Модульность также дает возможность получить вариативный аппаратный состав системы и ее гибкую структуру. Такой подход к разработке систем ориентирования позволяет выполнять модернизацию как уже существующих РСЗО и САУ, так и применить ее во вновь разрабатываемых перспективных изделиях.
Современные системы ориентирования должны обеспечивать работу в условиях воздействий комплексов радиоэлектронной борьбы при отсутствии или подмене сигналов от глобальных навигационных спутниковых систем. Исходя из этого, базовая структура современной системы ориентирования состоит из трех приборов (рис. 1):
- навигационной аппаратуры потребителя (НАП);
- механического датчика скорости (МДС);
- бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС).
Рис. 1. Схема базовой структуры современной системы ориентирования: X, У, Н - координаты; а, ф, щ - углы пространственной ориентации; * - время и дата; £ - путь; V - скорость; КУ - команды управления
С использованием НАП осуществляется высокоточное определение координат местоположения объекта, направления и скорости его движения по сигналам действующих глобальных навигационных спутниковых систем, а также получение точного значения времени и дополнительной спутниковой информации.
МДС предназначен для формирования информации о текущей скорости объекта, необходимой для расчета координат местоположения объекта при работе системы ориентирования в автономном режиме без использования сигналов глобальных навигационных спутниковых систем и комплексированном режиме.
БИНС содержит три акселерометра и три гироскопических датчика, измеряющих линейные ускорения и угловые скорости, необходимые для определения текущих углов пространственной ориентации объекта. Главный вычислитель выполняет сбор и обработку информации со всех приборов системы, формирование и выдачу навигационного решения потребителю, а также выполнение команд управления от него.
В базовой структуре системы отсутствует планшетный компьютер. При использовании такого варианта исполнения системы ориентирования хранение и отображение электронных карт местности и данных оперативной обстановки могут осуществляться на стороннем планшетном компьютере, взаимодействующем с ее главным вычислителем.
Для обеспечения простого взаимодействия пользователя с системой ориентирования посредствам графического интерфейса и решения геоинформационных и специальных задач в ее состав может быть включен планшетный компьютер. Структура системы с планшетным компьютером будет иметь вид, представленный на рис. 2.
НАП ПК Пользователь
/ \ \ /
МДС —::--■ БИНС Потребитель
Рис. 2. Структурная схема системы ориентирования: ПК - планшетный компьютер
Планшетный компьютер может быть, как стационарно установлен в объекте, так и быть переносным с подключением к системе ориентирования через док-станцию, что позволит его использовать отдельно от системы вне объекта. При необходимости в отсутствие штатных средств на планшетном компьютере реализуется возможность решения специальных задач, например, таких, как расчет установок и корректур стрельбы для различных огневых средств.
Описанный подход к созданию системы ориентирования обеспечивает её масштабируемость и вариативность аппаратного состава, за счет чего достигается ее унификация. Рассмотрим варианты масштабирования системы и изменения ее состава под необходимые точностные и эксплуатационные требования:
- подключение двух планшетных компьютеров для организации дополнительного рабочего места;
- использование двух механических датчиков скорости с целью повышения точности определения координат в автономном режиме;
- замена НАП на помехозащитную аппаратуру, обладающую повышенной устойчивостью к помехам и позволяющую обеспечить детектирование спуфинга и джаминга;
- замена БИНС с целью повышения точностных характеристик и снижения времени готовности системы.
Унифицированная система ориентирования может быть использована как автономно, так и находиться во взаимодействии с автоматизированной системой управления наведением и огнем (АСУНО). Организация взаимодействия двух систем осуществляется путем связи главного вычислителя АСУНО и БИНС системы ориентирования (рис. 3).
Рис. 3. Схема интегрирования системы ориентирования в АСУНО: АПП- аппаратура подготовки и пуска; ГВ - головной вычислитель; БС - блок сопряжения; РС - радиостанция
Автономное применение системы ориентирования в ранее произведенных РСЗО и САУ, оснащение которых не отвечает современным требованиям боевых действий, позволит повысить эффективность их работы. Установка современной системы ориентирования с расширенными функциональными возможностями обеспечит увеличение точности стрельбы и существенно сократит время нахождения на огневой позиции. Так, с использованием унифицированной системы ориентирования могут быть доработаны различные РСЗО и САУ.
Рассмотрим возможность модернизации на примере РСЗО (рис. 4).
О»
Рис. 4. Вариант модернизированного РСЗО с унифицированной системой ориентирования
При текущем оснащении РСЗО существует сложность ориентирования пакета направляющих на огневой позиции, обусловленная, как правило, оптическими методами привязки, например, посредством буссоли и панорамы Герца. Использование подобных методов привязки требует дополнительного определения координат самого объекта, находящихся в прямой видимости ориентиров, и выполнения дополнительных расчетов. Кроме того, ориентирование орудия на местности с использованием оптических методов дополнительно усложняется при работе в условиях плохой видимости (туман, дождь) и ночное время. Применение таких средств привязки существенно снижает точность ориентирования пакета направляющих и увеличивает время подготовки на огневой позиции.
Оснащение РСЗО современной системой ориентирования повысит точность начального ориентирования пакета направляющих на огневой позиции, сократит время нахождения на огневой позиции, а также предоставит возможность работы в качестве кочующего орудия. Планшетный компьютер обеспечивает возможность автоматизированного расчета корректур и установок стрельбы, работы с электронными картами местности, планирования боевой работы с учетом оперативной обстановки. МДС, НАП и БИНС обеспечат непрерывное формирование и выдачу навигационного решения. Установка БИНС на пакет направляющих позволит выполнять автономное определение углов его пространственной ориентации без использования оптических приборов с учетом крена и тангажа шасси при любых условиях видимости, что повышает точность стрельбы и сокращает время пребывания на огневой позиции.
85
Рассмотрим пример работы экипажа РСЗО, оснащенного современной системой ориентирования, во время выполнения боевой задачи. В исходном районе включается система ориентирования, из доступных источников устанавливаются координаты текущего местоположения объекта и запускается задача определения углов пространственной ориентации. После завершения определения углов пространственной ориентации совершается марш на огневую позицию, во время которого система ориентирования осуществляет автоматический пересчет навигационных данных. При прибытии на огневую позицию экипаж с помощью планшетного компьютера в автоматизированном режиме осуществляет расчет установок стрельбы и сразу приступает к наведению, так как уже не требуется определение собственных координат и углов пространственной ориентации пакета направляющих. По результатам выстрелов экипаж вводит отклонения разрывов от цели, и система автоматически рассчитывает новые установки стрельбы с учтенными корректурами. По завершении боевой работы на текущей позиции огневое средство может перейти на следующую позицию для дальнейшего выполнения поставленных задач [2].
Использование модульного принципа построения позволяет разрабатывать унифицированные системы ориентирования для наземных объектов различного типа и назначения с учетом особенностей применения конечного изделия. Каждая система оснащена специальным комплектом монтажных частей, позволяющим осуществлять установку систем на целевые объекты вне заводских условий на ПТОР и СППМ.
Результаты доработки существующих САУ и РСЗО:
- упрощение процесса ориентирования на местности;
- многократное увеличение скорости и точности определения углов пространственной ориентации орудия (пакета направляющих);
- автоматизация процессов расчета специализированных задач;
Модернизация морально устаревших САУ и РСЗО повысит эффективность их применения до уровня, задаваемого современными условиями боя.
Список литературы
1. Топогеодезическое и навигационное обеспечение артиллерии: учебное пособие / М.Г. Ахметов [и др.]. М.: Прометей, 2020. 214 с.
2. Боевая работа огневых подразделений артиллерии: учебник / Ю.И. Литвин [и др.]. М.: Прометей, 2019. 352 с.
Кучин Александр Артёмович, ведущий инженер-исследователь, [email protected], Россия, Ковров, АО «ВНИИ «Сигнал»,
Шипов Илья Александрович, зам. начальника отдела - начальник сектора, shipov33w@,таИги, Россия, Ковров, АО «ВНИИ «Сигнал»
86
APPROACHES TO THE CREATION OF A UNIFIED ORIENTATION SYSTEM AND ITS APPLICATION IN THE MODERNIZATION AND DEVELOPMENT OF MLRS AND ACS
A.A. Kuchin, I.A. Shipov
The functional capabilities of the modern orientation system are described. The structure of a unified orientation system based on the modular principle is described. An example of the modernization of previously produced MLRS by equipping them with an orientation system is given.
Key words: modern orientation system, modular principle, modernization, improvement of application efficiency.
Kuchin Alexandr Artemovich, leading research engineer, [email protected], Russia, Kovrov, JSC «Leading Research Institute «SIGNAL»,
Shipov Ilya Aleksandrovich, deputy chief of department, [email protected], Russia, Kovrov, JSC «Leading Research Institute «SIGNAL»
УДК 681.518
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-6-87-96
ПРИМЕНЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ ДИНАМИЧЕСКОГО СИСТЕМНОГО
СИНТЕЗА В СХЕМЕ КОРРЕКЦИИ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
М.С. Селезнева
Рассмотрен способ формирования алгоритмического обеспечения навигационного комплекса летательного аппарата на основе концепции динамического системного синтеза. Приведены три способа коррекции навигационного комплекса и подробно рассмотрен способ коррекции с использованием нелинейного фильтра Калмана, модифицированного с помощью алгоритма самоорганизации. В ансамбль селекции алгоритма самоорганизации включены качественные критерии, управление которыми осуществляется при изменении способа коррекции навигационного комплекса. Для оценивания работоспособности и точности модификации нелинейного фильтра Калмана использовано моделирование по данным полунатурного эксперимента с априорной моделью и самоорганизующейся моделью, имеющей повышенную степень наблюдаемости погрешностей инерциальной навигационной системы.
Ключевые слова: навигационный комплекс, алгоритмическое обеспечение, коррекция, динамический системный синтез, нелинейный фильтр Калмана, самоорганизация, качественные характеристики.
Введение. Качество решения задач управления летательными аппаратами (ЛА) в большой степени зависит от уровня точности измерительных систем. Источниками информации являются различные системы ориентации и навигации. Наиболее распространенными являются инерциаль-ные навигационные системы (ИНС).
