CC BY
140
1991. 512 с.
2. Новиков В.Н., Авхимович Б.М., Вейтин В.Е. Основы устройства и конструирования летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1991. 368 с.
3. Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полёта беспилотных ЛА. М.: Машиностроение, 1973. 616 с.
V.V. Morozov, M. V. Kurchanov.
APPLICATION ADDITIONAL CHANNEL IN THE CONTROL LOOP ANTIAIRCRAFT GUIDED MISSILES TO INCREASE TARGET DESTRUCTION PROBABILITY
The advantages of an additional channel in the control loop of the aircraft by adjusting the lift force caused by a deviation of aerodynamic handlebars are described. A new term adaptive controls, considered their operating principles, and identified advantages and disadvantages of circuit design.
Key words: guidance system, adaptive controls, piezoelement, the calculated trajectory, the available overload.
Получено 17.10.12
УДК 623.55.025
П.Н. Мельников, канд. техн. наук, ведущий науч. сотр., (8499) 720-89-04, peter@olvs .miee.ru (Россия, Москва, МИЭТ)
РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО РОБОТИЗИРОВАННОГО ЗЕНИТНОГО КОМПЛЕКСА БЛИЖАЙШЕГО РУБЕЖА ОБОРОНЫ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Рассматриваются вопросы повышения эффективности зенитной стрельбы за счет всесторонней автоматизации (роботизации) процесса управления оружием. По результатам проведенного анализа сформулированы основные принципы построения вычислительной системы роботизированного зенитного комплекса ближайшего рубежа обороны.
Ключевые слова: зенитный комплекс, вычислительная система.
Достигнутый уровень автоматизации работы зенитного комплекса ближайшего рубежа обороны не исключает полностью человека из сфер управления вооружением и его технического обслуживания [1]. Номер расчета участвует в техническом обслуживании комплекса, в подготовке комплекса к боевой работе, в контуре измерения координат воздушного объекта, в выборе средств поражения, в принятии решения на открытие огня и в тактике его ведения. Решать эти задачи с требуемым качеством человеку становится все труднее. Причина накопления трудностей заключается в том, что средства воздушного нападения непрерывно совершенствуются и в настоящее время обладают следующими характеристиками: высокими скоростями перемещения, что приводит к сокращению времени
нахождения цели в зоне поражения комплекса до нескольких десятков секунд, предельно малыми высотами полета, что приводит к более позднему обнаружению цели и усложнению процесса ее сопровождения, высокими показателями маневренности, а, следовательно, разнообразной тактикой нападения с использованием противозенитных маневров, активным и пассивным противодействием, групповой тактикой нападения, все суточной и всепогодной боеготовностью.
В создавшихся условиях повысить эффективность зенитной стрельбы возможно, если кардинально сократить время подготовки к боевой работе, сократить время захвата цели на сопровождение, разнообразить тактику применения орудия, сократить время поиска неисправности и повысить коэффициент готовности комплекса к боевой работе. Необходимо придать зенитному комплексу свойства всепогодности, всесуточности, многоканальности, что, в свою очередь, повлечет за собой дополнительное усложнение техники зенитного вооружения и тактики ее применения. По этим причинам человек становится слабым звеном в системе управления вооружением, а его психофизические возможности сдерживают рост эффективности применения зенитных комплексов. Решить задачу повышения эффективности зенитной стрельбы возможно, если решить задачу передачи функций оператора автоматической аппаратуре, которая позволяла бы собирать информацию о метеобаллистической обстановке и передавать ее в вычислительную систему комплекса; надежно обнаруживать, распознавать и сопровождать воздушный объект в условиях различного рода помех; воспроизводить интеллектуальную деятельность человека по принятию решений на открытие огня, изменению тактики обстрела, поиска неисправностей оборудования.
Таким образом, основное направление совершенствования зенитного комплекса ближайшего рубежа обороны - это его роботизация. Решение общей проблемы роботизации управления зенитной стрельбой далее рассматривается как ряд взаимосвязанных задач, решение которых потребует дополнительных усилий в теории либо в практической реализации системы управления. В качестве предмета роботизации предлагается рассмотреть перспективный комбинированный (ракетно-артиллерийский) всепогодный всесуточный многоканальный зенитный комплекс ближайшего рубежа обороны, где указанные проблемы проявляются наиболее остро, требуют полного разрешения и должны привести к ощутимому эффекту.
Одной из первых в ряду поставленных задач является разработка автоматических средств захвата и сопровождения цели. Современное состояние уровня развития электронно-вычислительной техники, радиолокации, достижений в областях распознавания образов и технического зрения позволяет разработать автоматические средства захвата и сопровождения воздушного объекта, которые имеют более высокие точностные показатели, чем человеко-машинные средства, где в контуре измерения участвует человек [2]. Разработка автоматических средств захвата и сопровождения
обеспечит не только принципиальную возможность автоматического ведения огня, но, что не менее важно, позволит автоматически и оперативно назначать и перестраивать структуру средств измерения в зенитном комплексе.
Для обеспечения работоспособности комплекса в условиях всепо-годности и всесуточности в его состав вводится несколько средств измерения координат цели, построенных, как правило, на различных физических принципах локации. При сопровождении цели одновременно несколькими средствами измерения, для того, чтобы выполнить задачу переназначения измерительных средств в зенитном комплексе, необходимо решить задачу идентификации объекта, суть которой - определить сопровождают ли указанные средства измерения один и тот же объект или разные объекты. Решение задачи идентификации осложняются для случая протяженного объекта, размеры которого превышают точность измерительных средств. Поэтому возникает необходимость разработки алгоритма автоматического определения размеров цели.
Расчет сигналов управления приводными исполнительными устройствами уже является автоматическим и реализуется в вычислительной системе зенитного комплекса. Перспективным является переход от алгоритмов управления, ориентированных на усредненные характеристики поведения цели, состояния комплекса и внешней среды, к гибким адаптивным алгоритмам. Именно этому направлению, являющемуся основным в общей проблеме роботизации зенитной стрельбы и его реализации, подчинено решение частных задач и сторон автоматизации комплекса.
Алгоритм управления оружием условно можно разбить на две части: алгоритм определения параметров движения цели и алгоритм наведения оружия. В первой части задача повышения эффективности зенитной стрельбы решается за счет разработки адаптивных алгоритмов определения параметров движения цели в условиях маневрирования как цели, так и носителя комплекса, кратковременных и долговременных пропаданий сигналов от цели, во второй части - за счет разработки гибких алгоритмов прогнозирования траекторий движения цели, ракеты, снаряда, учитывающих отклонения метеобаллистических условий стрельбы, а также за счет разработки алгоритмически перестраиваемых структур приводных устройств комплекса. Настраиваемые параметры алгоритмов должны назначаться, исходя из требований максимальной вероятности поражения цели.
Командир расчета, отвечающий за режим ведения огня, при дефиците времени отслеживает, как правило, какое-либо одно условие открытия огня (цель в зоне поражения, цель на одном рубеже по дальности) и не в состоянии одновременно оценить несколько параметров боевой обстановки, сопоставить их и принять оптимальное решение. В настоящее время, когда тактика нападения воздушного противника принимает все более разнообразные формы, становится решающим по важности противопоставить ей гибкую тактику обстрела. Оценить в течение нескольких секунд
изменения в поведении противника и на основании проведенных оценок их анализа изменить алгоритм управления комплексом, а также тактику боевого применения оружия представляется возможным только при условии выполнения этих функций аппаратурой комплекса.
Решение задачи автоматизации в части тактики ведения огня сводится к разработке и реализации в вычислительной системе зенитного комплекса следующей совокупности алгоритмов:
- расчета зоны поражения, в котором учитываются движение границ зоны, обусловленное движением цели и носителя оружия, а также изменением ориентации носителя в пространстве и наличия запретных зон обстрела, а также точностные и динамические характеристики наведения оружия в точку поражения;
- расчет вероятности поражения цели по трассе ее движения;
- выбор наиболее опасной цели в атакующей группе;
- расчет моментов пусков ракет, длительностей очередей и перерывов между ними, исходя из максимальной вероятности поражения, с учетом ограничений по времени нахождения цели в зоне поражения и наличного боезапаса;
- оценка результатов применения оружия и принятие решения на окончание или продолжение стрельбы;
- расчет условий окончания применения одного вида вооружения и перехода к применению другого вида (в комплексе комбинированного вооружения - ракетно-артиллерийском);
- расчет параметров возможного совмещения работ по текущему обстрелу и подготовке к последующей стрельбе.
Автоматизация управления зенитным вооружением базируется на информации о техническом состоянии систем комплекса. Следовательно, должна быть решена задача автоматизации процесса контроля комплекса и его составных частей, причем результатом этих проверок не должна являться лишь характеристика типа «исправен-неисправен», а должна быть получена совокупность оценок технических характеристик систем и комплекса в целом, которая в дальнейшем будет учитываться в алгоритме управления вооружением.
Проведенный выше анализ современного состояния уровня автоматизации зенитного комплекса ближайшего рубежа обороны, а также рассмотренные перспективы автоматизации дают возможность утверждать, что наиболее назрела и близка к разрешению проблема выведения человека из сферы боевого применения зенитного оружия, где человек явно не справляется со своими функциями. Проблема полной автоматизации настройки, проверки и контроля зенитного комплекса еще далека от решения. С одной стороны, это вызвано техническими и теоретическими трудностями автоматизации данной сферы деятельности человека, а с другой, -тем, что эта проблема не стоит столь остро как в сфере боевого применения орудия. Человек в сфере технического обслуживания зенитного ком-
плекса не ограничен столь жесткими временными рамками.
Для того чтобы перевести проблему роботизации из теоретически возможной в практически реализуемую, необходимо преодолеть основное препятствие, имеющее место в существующих образцах вооружения, - недостаточную производительность вычислительных систем зенитных комплексов. Учитывая реальную перспективу повышения быстродействия вычислительных систем рассматриваемого класса, преодолеть это препятствие возможно при условии рациональной организации процесса вычислений. Очевидно, что не все из указанных алгоритмов автоматизации необходимо решать в вычислительной системе зенитного комплекса одновременно и с одинаковой частотой повторения. Имеются различия и в ограничениях на время выполнения алгоритмов. С этой точки зрения весь комплект алгоритмов автоматизации можно разделить на алгоритмы, решаемые в процессе боевого применения вооружения, и алгоритмы, решаемые в условиях, когда возможная атака противника маловероятна (основные алгоритмы контроля, алгоритмы тренировки и перезаряжения).
Алгоритмы боевого применения вооружения выполняются в условиях жестких временных ограничений, и они определяют требования к производительности ВС. Современный уровень и перспектива таковы, что однопроцессорные ВС не в состоянии выполнить весь комплект алгоритмов автоматизации. Поэтому автоматизация боевой работы зенитного комплекса возможна только при многопроцессорной (многоядерной) структуре построения ВС, что, в свою очередь, ставит проблему разбиения комплекта алгоритмов на функциональные блоки, допускающие распараллеливание вычислений.
Предлагается следующее направление децентрализации размещения алгоритма управления:
- алгоритм адаптивного управления оружием разместить в группе адаптивных процессоров (АП) - нижняя ступень иерархии управления;
- алгоритм оценки качества управления и выработки корректирующих воздействий разместить в группе интеллектуальных процессоров (ИП) - верхняя ступень иерархии управления.
В свою очередь, первую процессорную группу (АП) предлагается построить следующим образом: снабдить процессорами отдельные устройства зенитного комплекса. На процессоры измерительных устройств (ИЗП) возложить пересчет координат цели, ракеты, снаряда в требуемую систему координат; реализацию логики работы измерительного устройства. На процессоры исполнительных устройств (ИСП) возложить реализацию логики перестроения структуры приводных систем; реализацию цифровой фильтрации сигналов управления; контроля за техническим состоянием аппаратуры.
На группу интеллектуальных процессоров (ИП) предполагается возложить расчет вероятности поражения цели, определение оптимальных соотношений и корректировку параметров алгоритма адаптивного управ-
ления, а также расчет зоны поражения и режима ведения огня.
Перераспределение вычислительного процесса во временной области также дает возможность снизить требования к быстродействию ВС зенитного комплекса. Связано такое предположение с особенностью жизненного цикла зенитного комплекса вооружения ближайшего рубежа обороны - время боевого применения оружия незначительно по сравнению с общим временем эксплуатации комплекса. При этом вычислительный процесс, который реализуется в период технического обслуживания комплекса, не ограничен жесткими временными условиями.
Чтобы практически реализовать принцип настраиваемости алгоритма управления, ВС должна обеспечивать широкий сбор и хранение информации о состоянии ВС и систем комплекса. По результатам анализа этой информации производится настройка (корректировка) параметров алгоритма управления. Реализация в ВС сбора и анализа телеметрической информации, в свою очередь, делает актуальным реализацию в ВС встроенной программной симуляции (имитации) систем комплекса, с которыми ВС взаимодействует. Режим программой имитации работы систем комплекса предоставляет широкие возможности для тестирования программного обеспечения, что особенно важно в условиях ограниченного объема приемно-сдаточных испытаний и реальных боевых стрельб в течение всего жизненного цикла изделия.
В тесной связи с проблемой автоматизации находится задача обеспечения требований по надежности систем и зенитного комплекса в целом. Предлагается решать задачу обеспечения надежности комплекса, главным образом, за счет высокой надежности вычислительной системы, используя ее возможности повышения надежности программными средствами за счет реализации помехозащищенных алгоритмов, а также, за счет использования широких возможностей ВС в тестировании и проверке работоспособности систем комплекса в предбоевой период, не ограниченный жесткими временными рамками.
Проведенный выше анализ задач автоматизации и организации вычислительного процесса позволяет сформировать следующие основные принципы построения ВС роботизированного зенитного комплекса ближайшего рубежа обороны:
1) ВС должна быть многопроцессорной (многоядерной) и включать управляемый (адаптивный) и управляющий (интеллектуальный) процессоры;
2) математическое обеспечение ВС должно быть построено на принципах адаптивности и обучаемости. При проектировании ВС должна быть заложена возможность к усложнению (модернизации) и введению элементов искусственного интеллекта;
3) ВС должна обладать электронной памятью (сохраняющей информацию после выключения питания) для настройки значений парамет-
ров адаптивных алгоритмов, а также для хранения телеметрической информации;
4) должна быть введена возможность широкой имитации условий применения систем комплекса;
5) требования по надежности ВС должны обеспечиваться в основном средствами программного обеспечения (реализацией помехозащи-щенных алгоритмов). ВС должна программно обеспечить безопасность эксплуатации комплекса.
Список литературы
1. Соколов А.Г. Зенитное ракетное оружие мира. М.: ИНТИРОСП,
2005.
2. Журнал «Зарубежное военное обозрение». М.: Красная Звезда, 2000- 2005.
P.N.Melnikov
DEVELOPMENT OF THE INTELLIGENT ROBOT ANTI-AIRCRAFT SYSTEM FOR NEAREST LINE OF DEFENSE. PRINCIPLES OF CONSTRUCTION OF A COMPUTER SYSTEM
The efficiency of antiaircraft fire by the full automation (robotics), the management of arms is discussed. Based on the analysis sets out the basic principles of computer robotic anti-aircraft system for nearest line of defense.
Key words: anti-aircraft system, computer system.
Получено 17.10.12
УДК 623.55.025
П.Н. Мельников, канд. техн. наук, ведущий науч. сотр., (8499)-720-89-04, [email protected] (Россия, Москва, МИЭТ)
РАЗРАБОТКА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Рассматриваются способы восстановления штатной работы вычислительной системы программными средствами.
Ключевые слова: помехоустойчивость, вычислительная система.
Под сбоем вычислительной системы (ВС) будем понимать не соответствующее документации функционирование аппаратуры, которая самостоятельно восстанавливает свою работоспособность без каких-либо переналадок. Под отказом ВС будем понимать потерю работоспособности аппаратуры и невозможности ее восстановления без вмешательства извне (ремонта, переналадки, замены).
