CC BY
102Состояние и перспективы имитационного моделирования испытаний автоматизированных систем управления противовоздушной обороны
Подполковник Н.Г. МУСТАФАЕВ, кандидат технических наук
Подполковник Р.В. ЛЕОНТЬЕВ
Е.В. ИДИЛИЕВА
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Рассматриваются место и роль имитационного моделирования на 4-м Государственном центральном межвидовом полигоне Министерства обороны Российской Федерации (4 ГЦМП МО РФ), а также задачи, решаемые комплексом имитационного моделирования (КИМУ). Рассматривается состав комплекса технических средств КИМУ
The paper looks at the role and place of imitation modeling at State Central Inter-service Proving Range 4 of the RF Ministry of Defense (RF MoD SCISPR 4), and also at the problems tackled by the imitation modeling unit (IMU). It examines the makeup of the IMU set of technical equipment.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
KEYWORDS
Имитационное моделирование, полунатурная моделирующая установка, стационарная комплексная испытательная моделирующая установка, аналоговая вычислительная машина, полунатурный эксперимент.
Imitation modeling, semi-natural modeling installation, stationary comprehensive testing modeling installation, analog computer, semi-natural experiment.
ИМИТАЦИОННОЕ моделирование издавна используется в военном деле. Военные игры (маневры, учения, командно-штабные учения и т. д.) проводятся для проигрывания (имитации) предстоящих операций и относятся к имитационному моделированию. При проведении командно-штабных военных игр широко используются штабные математические модели и другие, отражающие связь эффективности боевых действий с факторами, ее определяющими.
Имитационное исследование, проводимое с использованием имитационных моделей, является основной формой системного анализа эффективности боевых действий. События при имитации разворачиваются во времени, как правило, в том порядке, в каком они следуют в реальной системе, но в измененной временной шкале. Действие случайных факторов учитывается с помощью специальных датчиков случайных чисел (имитаторов). В определенном месте процесс имитации может быть приостановлен для проведения, например, операционной военной игры, экспертного опроса или натурного эксперимента с использованием промежуточных данных, полученных при машинной имитации1.
Полнота и достоверность итогов полигонных испытаний образцов вооружения, военной и специальной техники противовоздушной обороны (ВВСТ ПВО) достигается в том случае, если в процессе испытаний создается среда, адекватная той, в которой опытным образцам ВВСТ ПВО предстоит функционировать. Это означает, что необходимо создать группировку подчиненных, взаимодействующих и вышестоящих комплексов средств автоматизации (КСА) и соответствующую воздушную обстановку. Однако проведение натурных испытаний с использованием всей совокупности указанных средств требует привлечения существенных финансовых расходов,
а в ряде случаев вообще неосуществимо. Поэтому последние десятилетия важное место в системе полигонных испытаний занял опытно-теоретический метод испытаний. Суть опытно-теоретического метода заключается в том, что основной объем проверок испытываемых образцов вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) на соответствие требованиям тактико-технического задания (ТТЗ) осуществляется с помощью средств моделирования, а полученные результаты подтверждаются небольшим объемом натурных экспериментов.
Двойной термин «имитационное моделирование» означает, что имеют место такие модели, в рамках которых нельзя заранее вычислить и предсказать результат. Поэтому для изучения поведения реальных образцов вооружения и военной техники (ВВТ) необходим эксперимент или имитация их функционирования на модели при заданных исходных данных2.
К средствам полунатурного имитационного моделирования 4 ГЦМП МО РФ относится модернизированная комплексная имитационная моделирующая установка (КИМУ), которая состоит из комплексной испытательной моделирующей установки стационарного использования, комплексной испытательной моделирующей установки мобильного использования и переносной испытательной моделирующей установки.
Идея применения на полигоне моделирующих средств появилась еще в 50-е годы прошлого столетия при проведении испытаний первых образцов зенитно-ракетного комплекса (ЗРК). Это вызвано двумя причинами: во-первых, ограничениями летно-технических характеристик самолетов, привлекаемых в качестве целей (по скорости, высоте полета, интенсивности маневра и т. д.), что не позволяло оценить ЗРК в заданном диапазоне условий, во-вторых, относительно высокой стоимостью авиационного обеспечения.
По мере роста количества и сложности испытываемых на полигоне систем вооружения возрастала роль методов и средств моделирования, расширялась область их применения.
В 1956—1957 годах сначала была создана лаборатория, которая затем была преобразована в отдел моделирования процессов управления зенитной управляемой ракетой (ЗУР). Через год, в 1958 году, в штат отдела была введена аналоговая вычислительная машина (АВМ) «Электрон», на базе которой впоследствии решались задачи моделирования контуров управления.
В том же 1958 году специалистами отдела была создана и внедрена на системе С-25 первая полунатурная моделирующая установка, состоявшая из канала наведения станций и моделирующей аппаратуры.
В 1959 году на АВМ «Электрон» была внедрена автономная аналоговая модель ЗРС С-25, затем была создана модель системы С-75, а в 1965 году — модель системы С-125.
В период 1959—1974 годов ежегодно моделировалось до 20 тысяч пусков зенитных управляемых ракет (ЗУР), что позволило существенно уменьшить количество их реальных пусков.
Аналоговое моделирование в 60-х годах прошлого века стало успешно
применяться и при испытаниях автоматизированных систем управления противовоздушной обороны (АСУ ПВО). Однако установки аналогового моделирования не могли обеспечить решение всех задач, возникающих при испытаниях и исследованиях АСУ ПВО. Поэтому главным направлением исследований по внедрению средств моделирования явились работы по математическому моделированию.
Первый опыт успешного применения математического моделирования при испытаниях АСУ был связан с использованием магнитофильма, представленного Главным конструктором системы «Луч-1» и обеспечившего поступление на командный пункт (КП) тактического соединения «Протон» заданного объема информации от радиолокационной установки (РЛУ) «Межа». Несмотря на малую длительность моделируемого налета (всего 18 минут) и отсутствие «дефектов» радиолокационного источника (РЛИ) (без ошибок и разрывов трасс, ложные трассы не моделировались), эксперименты с этим магнитофильмом, проведенные в октябре 1964 года, позволили получить объективные данные о загрузке вычислительного комплекса КП тактического соединения. И, что особенно важно, они наглядно продемонстрировали большие потенциальные возможности полунатурного метода испытаний АСУ ПВО.
Однако решение вопроса о создании на полигоне специального подразделения и поставке дополнительной ЭВМ затянулось на длительное время. Поэтому существовавшие в то время рекомендации по физическому моделированию системы «Луч-1» были реализованы только в части записи магнитофильмов налета средств вероятного противника.
В 1964 году на полигоне возникла необходимость решения еще одной
задачи — испытаний систем управления и наведения истребительной авиации противовоздушной обороны (ИА ПВО).
В 1967 был выпущен отчет по теме научно-исследовательской работы (НИР), ответственным исполнителем которого был инженер-майор А.В. Киселев. В этом отчете были сделаны выводы о том, что в условиях полигона с использованием в качестве целей устаревших самолетов ТУ-16 невозможно организовать испытания по перехвату скоростных высотных целей, на которые приходится половина наведений истребительной авиации (ИА), что значительно снижает качество испытаний. Без создания на полигоне базы моделирования, без применения ее широкой программы при испытаниях, говорилось в отчете, невозможно оценить качество и эффективность систем АСУ в части наведения истребительной авиации.
В конце 60-х годов специалисты полигона вели исследования по определению возможности создания комплексной физической модели на собственной программно-технической базе, которая была бы способна сопрягаться не только с элементами АСУ «Луч-1», но и со всеми элементами существующих и перспективных АСУ ПВО.
В 1967 году командованию был представлен «Аванпроект комплексной физической модели для испытания сложных автоматизированных систем управления Войск ПВО». В разработке его принимали участие от полигона инженер-подполковник Д.Н. Бойко, инженер-майоры А.В. Киселев, В.А. Курицын, И.В. Шац, Ф.А. Коротких, Ю.А. Ку-рыгин, И.Г. Лахтер, инженер-капитан Е.П. Баштырев и другие.
В 1971 году были сформированы две научные бригады, которым была поставлена задача определить облик
моделирующей установки, необходимые силы и объем средств для ее создания.
В 1971—1972 годах было принято несколько важных решений на уровне Министерства обороны и Министерства радиопромышленности о выборе в качестве технической базы КИМУ информационно-управляющей системы АС-6 — БЭСМ-6 и о поставке на полигон опытного образца этой системы. И это при том, что система АС-6 в то время еще не вышла на испытания. На базе двух научных бригад в соответствии с Директивой Главного Штаба Войск ПВО от 1 августа 1974 года № 0058/1/00730 был утвержден штат уникального для Вооруженных Сил научно-исследовательского испытательного центра моделирования. Первыми руководителями стали кандидаты технических наук полковники Александр Васильевич Киселев (начальник) и Илья Владимирович Шац (заместитель) — люди, чьи имена с уважением произносят сегодня все офицеры, которым пришлось служить под их руководством.
Среди первых испытателей центра были офицеры Л.В. Виноградов, Г.Я. Жеребцов, В.Я. Иванов,
A.Б. Козлов, З.А. Лурье, В.Б. Никитин, Н.И. Павленко, Ю.П. Перекосов, Э.Г. Квасов, Ю.В. Суворов, Э.Ф. Трушин, В.А. Русаков, А.П. Агафонов,
B.А. Герцев, В.Ф. Золотарев, Н.М. Кос-минский, В.И. Калинин, В.А. Сабуров, Ю.В. Миниович, В.В. Тваровский, Л.Н. Бахарев, Б.П. Шохин, В.С. Чипи-га, Б.А. Чистяков и многие другие.
Коллективом управления в короткие сроки была решена сложная научно-техническая задача — создан уникальный аппаратно-программный комплекс — КИМУ.
В результате проведенных исследований были сформулированы задачи и общие принципы построения КИМУ, разработки ее математического обеспечения, принципы
построения алгоритмов диспетчера и функционального контроля, общего математического обеспечения автоматизированных рабочих мест и аппаратуры передачи данных, алгоритмов системы регистрации, отображения и ввода команд, системы обработки результатов экспериментов и другие.
Важным этапом создания КИМУ явились работы по вводу аппаратуры связи АС-6. Было проведено начальное обучение специалистов в организациях разработчика системы, ее изготовителя и на опытном образце системы, проходившем испытания в одной из войсковых частей.
В 1977 году на полигоне была создана специальная лаборатория по совместной разработке моделей КИМУ.
С конца 70-х годов КИМУ стала основным инструментом проведения испытаний АСУ на полигоне.
Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) БЭСМ-6 в тот период была лучшей отечественной вычислительной системой с производительностью 1 млн операций в секунду, с достаточно большими объемами оперативной и внешней памяти. ЭВМ БЭСМ-6 проработала в управлении с января 1976 по декабрь 1989 года.
В 1979 году в связи с поставкой на полигон более совершенной ЭВМ БЭСМ-6 в управлении был сформирован дополнительно еще один отдел и ряд лабораторий в других отделах. В процесс полигонных испытаний эта ЭВМ включилась с января 1983 года.
Моделирующий комплекс в период 1987—1990 годов подвергся серьезной модернизации.
В 1991 году совместно с Московским НИИ приборной автоматики (МНИИПА) начались работы по модернизации и наращиванию функциональных возможностей КИМУ, переводу ее на новую элементную базу.
В это время проводились исследовательские эксперименты по оценке возможности использования в качестве технических средств КИМУ персональных ЭВМ, объединенных в локальную сеть. На ПЭВМ IBM PC-286 (в то время единственной в управлении) подполковником В.Р. Смирновым был разработан комплекс программ отображения информации, функционирующий в режиме воспроизведения магнитофильма полунатурного эксперимента, проведенного на ЭВМ БЭСМ-6. Для передачи информации между ЭВМ БЭСМ-6 и ПЭВМ использовался мультиплексор обмена данными «Кермит».
В 1992 году в управление были поставлены первые ПЭВМ IBM PC-386 и начата проверка результатов проведенных исследований. Была создана инициативная группа офицеров, которая заложила основные принципы и подходы к разработке общего программного обеспечения КИМУ нового поколения (И.И. Епур, Б.А. За-бенько, Д.С. Волков, В.В. Михайлов,
B.Р. Смирнов, Ф.В. Лях).
На макете прорабатывались конкретные решения, были разработаны программы моделей, которые в дальнейшем органично вошли в состав КИМУ-2000. Активные работы проводились по разработке имитационных моделей АСУ истребительной авиацией (И.И. Епур, Б.А. Забень-ко), командных пунктов тактических соединений ПВО (О.Н. Терзи-ев, С.В. Фандо, В.В. Марышева), зенитно-ракетных средств (Ю.В. Тва-ровский, Ф.В. Лях, В.Г. Скворцов,
C.А. Коробов), радиотехнических средств (А.В. Смелков), было усовершенствовано общее программное обеспечение КИМУ-2000 (Д.Я. Королевич, А.В. Ткачук, А.М. Асеев, В.Р. Смирнов, И.В. Шахов, М.В. Сухов, А.А. Солод).
Совместно с МНИИПА в 2001 году было принято «Совместное решение
по уточнению порядка выполнения работ по созданию «КИМУ-2000». С этого момента начинается изготовление и развертывание технических средств первой очереди КИМУ-2000, комплексная отладка программного обеспечения, подготовка к проведению предварительных и межведомственных испытаний.
В 2001 году в состав макета было введено групповое устройство передачи сообщений (ГУПС) — мультиплексор, обеспечивающий выход по восьми каналам связи на испытываемые средства ПВО ВВС, проведено сопряжение макетного образа КИМУ-2000 с КСА «Фундамент-3», начато применение макета базового комплекса КИМУ-2000 при испытаниях КСА ряда «Фундамент».
С 2002 года были начаты работы по монтажу и наладке комплекса технических средств КИМУ-2000, переоборудованию технологического задания, уточнению облика КИМУ-2000 полного состава.
В 2003—2004 годах успешно прошли сначала предварительные, а затем межведомственные испытания первой очереди КИМУ-2000. По результатам этих испытаний было сделано предварительное заключение о возможности использования первой очереди КИМУ-2000 для обеспечения испытаний образцов ВВТ
Важным этапом создания КИМУ явились работы по вводу аппаратуры связи АС-6. Было проведено начальное обучение специалистов в организациях разработчика системы, ее изготовителя и на опытном образце системы, проходившем испытания в одной из войсковых частей.
ПВО, выработаны рекомендации по совершенствованию аппаратных решений и программного обеспечения КИМУ-2000.
В 2010 году успешно завершились работы по модернизации комплексной испытательной моделирующей установки КИМУ-2000, проводимые в рамках ОКР «Обмер». В этом же году КИМУ-М использовалась для выполнения работ по ОКР «Фронтон».
В последующие пять лет, с 2011 по 2015 год, комплекс КИМУ-М обеспечил успешное проведение испытаний ряда РЛС, Пункта наведения авиации и ряда АСУ (ОКР «Бастион», ОКР «Перспектива-АСУ»).
В 2015 году с помощью комплекса технических средств КИМУ были успешно проведены государственные испытания электронного полигона по ОКР «Барельеф».
В настоящее время коллектив управления проводит работы по дальнейшему совершенствованию и модернизации средств моделирования, что позволит решать новые задачи по испытаниям современных отечественных систем вооружения, ориентированных на ведение боевых действий в едином информационном пространстве страны.
Современная КИМУ — это реализованная на комплексе технических средств совокупность программ имитационных моделей удара средств воздушно-космического нападения противника и элементов группировки ПВО ВКС, в том числе средств ПВО других видов ВС РФ, функционирующая в реальном времени и сопрягаемая с действующими образцами ВВСТ ПВО по штатным каналам связи. Область применения КИМУ-М отражена на рисунке 1.
Стационарная комплексная испытательная моделирующая установка (СКИМУ) предназначена для обеспечения испытаний средств
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КИМУ-М
испытания ввст вкс, се, емсь
Рис. 1. Область применения КИМУ-М
ВВТ ПВО в условиях 4 ГЦМП МО РФ на фоне моделируемой оперативно-тактической обстановки в составе боевых порядков (группировки) ПВО, в которых полностью или частично их реальные образцы заменяются моделями.
Задачи, решаемые СКИМУ:
1. Комплексная динамическая отладка и подготовка образцов ВВТ ПВО к испытаниям.
2. Предварительные, государственные, контрольные и другие виды испытаний существующих и опытных образцов ВВТ ПВО.
3. Исследования по расширению боевых возможностей образцов ВВТ ПВО, повышению их эффективности.
4. Оценка вариантов боевого применения группировок сил и средств ПВО.
5. Опытно-исследовательские учения с привлечением реальных и моделируемых фрагментов группировок сил и средств ПВО, автоматизированных КП (ПУ) различного уровня (оперативно-стратегического, оперативно-тактического и тактического).
6. Оценка тактико-технических характеристик испытываемых образ-
цов ВВТ ПВО в условиях, максимально приближенных к условиям боевого применения.
7. Оценка тактико-технических характеристик испытываемых образцов ВВТ ПВО при боевой работе в составе фрагментов существующих и перспективных группировок ПВО различного уровня и назначения.
В состав комплекса технических средств СКИМУ входят:
• базовый комплекс;
• технологический комплекс;
• комплекс средств связи и передачи данных.
Базовый комплекс предназначен для проведения полунатурного эксперимента (ПНЭ) в процессе испытаний образцов ВВСТ. На нем реализуется совокупность программ имитационных моделей средств воздушного нападения и элементов группировки ВВСТ ПВО, функционирующих в реальном масштабе времени.
Технологический комплекс технических средств СКИМУ предназначен для проектирования и разработки программ имитационных моделей и подготовки к проведению ПНЭ. В состав СКИМУ входят ком-
плекс технических средств и программное обеспечение.
Программное обеспечение СКИМУ — это комплекс программ, функционирующий в распределенной вычислительной среде как в режиме реального времени, так и вне его.
Составы программного обеспечения (ПО) базового и технологического комплекса различаются. В составе ПО базового комплекса отсутствуют средства проектирования и разработки программного обеспечения.
Современная КИМУ — это реализованная на комплексе технических средств
совокупность программ имитационных моделей удара средств воздушно-космического нападения противника и элементов группировки ПВО ВКС, в том числе средств
ПВО других видов ВС РФ, функционирующая в реальном времени и сопрягаемая с действующими образцами ВВСТ ПВО по штатным каналам связи.
Мобильная комплексная испытательная моделирующая установка (МКИМУ) создана для использования в районах с недостаточным количеством каналов связи и может разворачиваться в непосредственной близости от испытываемого образца ВВТ ПВО. Изделие размещено в автомобильном кузове-контейнере, оборудованном системой жизнеобеспечения, состоящей из системы отопления, кондиционирования, вентиляции и освещения.
Переносная испытательная моделирующая установка (ПИМУ) предназначена для обеспечения автономной отладки и проверки как отдельных функциональных программ опытного образца, так и всего образца ВВСТ ПВО при его подготовке
к испытаниям. ПИМУ имеет техническую возможность выдачи моделируемой информации на реальный образец ВВСТ. Обмен информацией осуществляется штатными кодограммами обмена, определенными соответствующими протоколами информационно-логического взаимодействия.
КИМУ-М способна:
• на этапе комплексной динамической отладки и подготовки к испытаниям с использованием КИМУ-М решать основные задачи;
• на этапе проведения государственных испытаний решать задачи;
• на этапе исследований по расширению боевых возможностей и повышению эффективности системы с использованием КИМУ-М решать основные задачи.
Следует также отметить, что в ходе полунатурного эксперимента осуществляется регистрация информации, циркулирующей по каналам связи. После обработки зарегистрированной информации результаты полунатурных экспериментов можно получить в табличном виде, удобном для анализа. Также в ходе обработки может быть осуществлен расчет показателей качества управления.
Использование имитационного моделирования позволяет создавать среду, в которой происходит взаимодействие объекта испытаний с элементами среды в реальном времени по установленным правилам и заданному сценарию, определенным требованиями ТТЗ на испытываемый объект, а также ТЗ на проведение полунатурного эксперимента.
Схематическое представление полунатурного эксперимента при помощи комплекса имитационного моделирования представлено на рисунке 2.
Воздушно-космическая обстановка и ее временные характеристики в полунатурном эксперименте реализуются в соответствии с любыми тре-
КОМПЛЕКСНАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МОДЕЛИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА |
бальные средства <f Система обработки
ИА, ЗРВ. РТВ данные объективного контроля Г
я i
1 >" J j ' J ^ XJ~ Испьггывремый образец 8BT
■ Комплекс средств свяли и передачи информации
Комплекс АРМ операторов моделей Вычислительный комплекс Система документирования
1" ' Программное обеспечение средств моделирования
Модели РТВ Модели ИА Меде л» К П АСУ Модели ЗРВ Модель удара
|
Рис. 2. Схема проведения полунатурного эксперимента с помощью КИМУ
бованиями ТТЗ на эксперимент на фоне моделируемой оперативно-тактической обстановки.
С помощью КИМУ были испытаны десятки систем вооружения. Моделирование не только позволило сэкономить государству огромные средства, но и обеспечило качественное испытание таких систем вооружения, которые другими средствами испытать было бы невозможно. А в перспективе стоят новые задачи по испытанию современных отечественных систем вооружения, ориентированных на ведение боевых действий в едином информационном пространстве страны. И очень важно помнить, что ракетные войска стратегического назначения давно исповедуют принцип: все новое и перспективное, что получено пред-
Использование имитационного моделирования позволяет создавать среду, в которой происходит взаимодействие объекта испытаний с элементами среды в реальном времени по установленным правилам и заданному сценарию, определенным требованиями ТТЗ на испытываемый объект, а также ТЗ на проведение полунатурного эксперимента.
приятиями отечественного ОПК и может служить укреплению существующих боевых возможностей РВСН, должно быть максимально быстро и качественно испытано, а затем реализовано в войсках.
ПРИМЕЧАНИЯ 1 Моделирование в военном деле. URL: http://encyclopedia.mil.ru/ encyclopedia/dictionary/details_rvsn. htm?id=13579@morfDictionary (дата обращения: 08.04.2020).
2 Богданов О.А., Смирнов А.А., Ковалев Д.В. Имитационное моделирование противоборства в воздушно-космической сфере // Программные продукты и системы. 2016. № 1. С. 160—165.
