Вячеслав Абросимов - Групповое движение интеллектуальных летательных аппаратов в антaгонистической среде

• Название: Групповое движение интеллектуальных летательных аппаратов в антaгонистической среде
• Автор: Вячеслав Абросимов
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-9902335-8-4

В монографии рассмотрен новый класс задач динамики управляемого движения динамических систем – групповое движение летательных аппаратов в составе группы и с точки зрения интересов группы. Описаны принципиально новые взгляды на движение в недружественной управления среде: нечеткие траектории полета и маневрирования, модель движения на основе нейтронных сетей, многоагентный подход к описанию летательного аппарата как объекта управления. Рассмотрены общие вопросы построения имитационных моделей, реализующих предложенные подходы к обнаружению, сопровождению и определению характеристик группового движения летательных аппаратов.

Для научных работников, преподавателей, аспирантов, специалистов в области ракетно-космической техники, студентов вузов указанного профиля.

---

Маневренное и траекторное взаимодействие истребителей как центральная составляющая групповых действий включает следующие элементы.

Построение боевого порядка. Способ построения боевого порядка определяется составом группы и характером боевого порядка (сомкнутый, разомкнутый, рассредоточенный), тактической обстановкой и вытекающим из нее положением требуемого рубежа окончания построения боевого порядка, навигационной обстановкой и режимом полета в заданном районе.

Маневрирование в боевых порядках (в том числе выдерживание строя, перестроение, координированное наведение, согласованные маневры с поиском целей, преодоление линии фронта и др.). Основным требованием к этому виду взаимодействия самолетов является выдерживание определенных пространственных и временных параметров полета. Выдерживание боевого порядка заключается в сохранении заданных временных или линейных дистанций между самолетами в группе. Особенностью полета группы в составе сомкнутого боевого порядка является строгое выдерживание всеми самолетами заданных дистанций и интервалов. При этом сохранение параметров строя может осуществляться как в нормальной земной системе координат (способ «все вдруг»), так и в траекторной системе координат ведущего самолета. В первом случае летные характеристики строя эквивалентны характеристикам наименее маневренного самолета из состава боевого порядка. Форма строя при этом не сохраняется (ведомый выходит вперед, меняются пеленги и т. д.). Способ «все вдруг» находит применение в основном при полете в разомкнутых боевых порядках, в случае выхода по окончании маневра на курс, близкий к начальному. Во втором способе маневрирования ведомые неизменно выдерживают свое место относительно ведущего и стремятся как можно быстрее устранить отклонения от назначенных интервалов, дистанций и разницы высот. Летные данные группы в этом случае снижаются в зависимости от глубины, ширины и высоты боевого порядка, так как различные самолеты имеют различные запасы по тяге, скорости, перегрузке и углу крена. Полет в разомкнутых боевых порядках имеет четко выраженную тактическую направленность. Ведомый повторяет траекторию полета ведущего с учетом специальных поправок в параметрах управляемого движения, при этом мгновенное пространственное состояние самолетов может различаться по углам крена и тангажа, по месту и моменту ввода в маневр. При боевом маневрировании группы каждый самолет должен выполнять свой маневр по рассчитанной траектории полета. Такие маневры имеют место при групповом бортовом наведении, при координированном наведении, при преодолении линии фронта и др.

Роспуск боевого порядка. Под этим понимается установление потребных интервалов между самолетами путем размыкания группы перед посадкой. В зависимости от навигационной и тактической обстановки размыкание осуществляется различными способами и заключается в выполнении совокупности маневров направлением и скоростью, обеспечивающих последовательный выход самолетов с посадочным курсом в заранее определенную точку на заданной высоте с заданной скоростью.

Анализ групповых действий позволяет выделить две самостоятельные задачи, которые необходимо решать в целях автоматизации управления движением самолетов при групповых маневрах: а) назначение заданной точки и б) выдерживание заданной точки. Это позволяет разработать универсальные методы и алгоритмы назначения заданной точки для каждого режима и вида маневра, выдерживания заданной точки, а реализацию новых маневров любой сложности сводить к назначению заданной точки и траектории ее движения (алгоритм отработки заданной точки может быть универсальным).

Основными показателями авиационного комплекса перехвата как транспортной системы по доставке полезной нагрузки в целевые условия применения являются рубежные и временные характеристики. Под рубежом перехвата принято понимать радиус полета самолета при заданном запасе или остатке топлива на борту и при условии выхода перехватчика в определенные конечные условия для боевых действий (поиска, обнаружения, наведения, атаки и др.). Другим основным показателем транспортных возможностей является время прибытия на максимальный по топливу рубеж.

Важно и то, что выполнение боевых действий перспективным истребителем будет обеспечено только при наличии на борту оценки достаточности имеющегося топлива для решения всех дальнейших задач. При этом имеются в виду ограниченный запас топлива, необходимость использования его предельных по дальностям, высотам и скоростям режимов полета, изменчивость и неопределенность внешних условий и другие факторы.

Итак, в общем случае групповое движение самолетов имеет характер специально спланированной и корректируемой в ходе действий боевой операции. Она выполняется группой самолетов в автономном полете или при информационной поддержке внешних систем наведения, а также с бортов взаимодействующих самолетов. За счет формирования траектории наведения и учета летно-технических характеристик самолетов во внешней АСУ при командном наведении полностью реализуются рубежно-временные характеристики самолета.

Выше описывались групповые действия пилотируемых самолетов. Но уже более десяти лет назад в США отрабатывались методы совместного движения и беспилотных летательных аппаратов со свойствами изменения маршрутов полета к цели при получении признаков радарного обнаружения, скоординированного группового пилотажа нескольких самолетов, обменивающихся в полете информацией через специальное средство связи, управление группой летательных аппаратов с последующей передачей оператором контроля над двумя самолетами своему другому удаленному объекту и др. [66]. Актуальность таких задач только возрастает.

1.3.2. Коллективное управление роботами при их групповом применении

Роботы используются во многих областях науки, техники и промышленности, в первую очередь там, где жизнедеятельность человека либо затруднена, либо вообще невозможна, например в зонах радиоактивного или химического загрязнения, в условиях боевых действий, при проведении подводных или космических исследований и т. п. В работе [5] подчеркивается, что «одиночный робот, каким бы интеллектуальным он ни был, может использоваться только для решения некоторых частных задач либо для выполнения довольно простых операций, поскольку он, как правило, обладает сравнительно малыми возможностями для выполнения поставленной задачи (небольшой радиус действия, ограниченный бортовым энергоресурсом; небольшое число выполняемых функций, невысокая вероятность выполнения задачи в экстремальных ситуациях и т. п.».

К числу основных преимуществ коллективного применения роботов относят больший радиус действия, расширенный набор выполняемых функций, и, что возможно самое главное, более высокую вероятность выполнения задания, достигаемую за счет возможности перераспределения целей между роботами группы в случае выхода из строя некоторых из них.

В работе [5] разработана общая теория группового управления роботами в условиях динамических, недетерминированных сред. В ней дана классификация по уровню алгоритмической сложности задач группового управления роботами для различных условий их применения. При этом показано, что для организации систем управления группами роботов целесообразно использовать некоторые общие стратегии, применяемые для управления во всех технических, социальных и природных группах. Выделены стратегии централизованного, децентрализованного и комбинированного управления.

В наиболее общем случае в систему группового управления роботами рекомендовано включать подсистему планирования групповых действий, локальные бортовые системы управления отдельных роботов группы, отвечающих за реализацию групповых действий и бортовые исполнительные устройства отдельных роботов.

В основу предлагаемого подхода положены принципы коллективного управления и следующие положения:

• каждый член коллектива самостоятельно формирует управление и определяет свои действия в текущей ситуации;

• выбор действий членами коллектива осуществляется только на основе информации о цели, стоящей перед коллективом, ситуации в среде в текущий момент времени, текущих состояниях и действиях других членов коллектива;

• в качестве оптимального действия члена коллектива понимается такое действие, которое вносит максимально возможный вклад в достижение общей цели;

• допускается принятие компромиссных решений.

Задача сводится к выбору и выполнению в текущий момент времени роботами группы таких групповых действий, которые обеспечивают экстремум (максимум, если оцениваются выгоды от действий роботов группы, или минимум, если оцениваются затраты) целевого функционала с учетом вектора противодействующих сил на промежутке дискретного времени t.