СПОСОБ ПОЛУНАТУРНОГО КОМПЛЕКСНОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ВООРУЖЕНИЯ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ
METHOD FOR SEMI-REALISTIC COMPLEX STATISTICAL MODELLING OF ELECTRONIC WARFARE SYSTEMS OF SURFACE SHIPS

Изобретение относится к моделям и математическому статистическому моделированию.
Изобретение предназначено для отработки контуров управления и всей корабельной системы управления (СУ) средствами надводного корабля (НК) путем проведения испытаний методом электронных стрельб, пусков и полетов и позволяет оценить работоспособность СУ НК с использованием информационных потоков, соответствующих по техническим характеристикам информационным потокам, с которыми взаимодействует СУ НК при проведении реальных испытаний.
Техническим результатом и задачей заявленного способа является создание системы моделирования испытаний для СУ НК, позволяющей сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие крупномасштабные испытания сложных технических систем.
Из уровня техники известно моделирование боевой работы с целью создания условий, максимально приближенных к условиям на реальном командном пункте радиолокационной станции KB (RU 2007146572 A, опуб. 27.06.2009) с помощью системы, включающей центральный сервер, устройство коммутации, «Универсальную систему обучения и контроля» (УСОК), рабочее место преподавателя, рабочее место обучаемого (количество рабочих мест зависит от специфики средства вооружения, для обеспечения эксплуатации которого проводится моделирование и обучение).
Известный способ позволяет осуществлять моделирование боевой работы с целью создания условий, максимально приближенных к условиям на реальном командном пункте радиолокационной станции КВ.
Техническим результатом и задачей заявленного способа является создание системы моделирования испытаний для СУ НК, позволяющей сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие крупномасштабные испытания сложных технических систем, которая определяет модель, позволяющую оценить работоспособность СУ ПК с использованием информационных потоков, соответствующих по техническим характеристикам информационным потокам, с которыми взаимодействует СУ НК при проведении реальных испытаний.
Таким образом, изобретение направлено на создание системы моделирования испытаний для СУ НК, позволяющей сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие крупномасштабные испытания сложных технических систем.
S(t)=(S
(t), …,
S
(t)),
S
(t)=f
(t, B, A, F, W, П
, У
)
П
k
j
У
t
k
1
M
kj
kj
kj
k
kj
k
Технический результат достигается тем, что способ полунатурного комплексного статистического моделирования радиоэлектронного вооружения надводных кораблей характеризуется тем, что используют различные сценарии внешней обстановки, моделируют аппаратно-программное и информационно-сигнальное окружение системы управления, смонтированной на модели надводного корабля, и представляют его в форме комплексной имитируемой внешней среды с участием моделей объектов воздушной, надводной, подводной обстановки, радиочастотных и гидроакустических информационных полей с применением технологий учета полных групп ошибок, допусков и разброса параметров имитируемых объектов и процессов в соответствии с реальными условиями проведения испытаний эффективности и надежности работы системы управления надводного корабля в различных условиях его функционирования, при этом результаты функционирования исполнительных средств - устройств и систем с номерами K=1, …, М описываются в виде вектора состояния этих средств  где , где  - потенциал воздействия -го исполнительного средства на -й объект внешней обстановки,  - накопленный к моменту времени  ущерб для -го исполнительного средства в результате воздействия на него со стороны условий и объектов внешней обстановки.
Изобретение поясняется примером.
Устанавливают на корабле группу компьютеров с программным обеспечением, соответствующим моделям средств получения информации о внешней среде, моделями средств связи с удаленными системами, взаимодействующими с испытуемыми СУ НК, моделями исполнительных средств б/контуров НК, контролируемых и управляемых испытуемыми СУ НК, а также устанавливают приборы преобразования информационно-управляющих сигналов и коммутаторы, которые позволяют произвести подключение означенной группы компьютеров к штатной аппаратуре системы управления б/контуров НК для установления обмена информационно-управляющими сигналами исследуемой аппаратуры СУ НК с моделями, имитирующего обмен СУ НК с реальными средствами получения информации о внешней среде, средств связи с удаленными системами, взаимодействующими с испытуемыми СУ НК, с исполнительными средствами б/контуров НК, контролируемыми и управляемыми СУ НК.
Q(t)
B(t)
A(t)
G(t)
R(t)=R (Q, B,
A,
G, F, W, D)
F
W
D
Q
R
σ(t)=σ(Q(t), R(t))
Q'(t)=Q(t)+σ(t)
Q'(t)
1
N
С целью проведении исследований работоспособности СУ НК устанавливают на НК группу компьютеров, имитирующих внешнюю воздушную, наземную и надводную обстановку, складывающуюся вокруг НК при проведении испытаний СУ НК, которую моделируют построением трасс (заданием координат) объектов, принимающих участие в формировании условий функционирования реальной системы управления корабля, а также программной имитацией погодных условий, радиочастотных полей, гидроакустических полей, имеющих место быть при проведении реальных испытаний НК и его СУ. При этом для N воздушных, надводных и подводных объектов номеров J=1, …, N с помощью построенных математических моделей задаются вектора, определяющие их положение в пространстве в каждый момент времени t: =(q(t), …, q(t)). Для описания гидрометеорологических характеристик окружающей среды при проведении испытаний НК вводятся векторы параметров этой среды, таких как состояние морской поверхности , выражающееся, например, в балльности волнения, состояние воздушной среды , включающее скорость ветра, температуру, облачность, наличие тумана, гидрометеоров и др., состояние водной среды , включающее уровень солености, градиент температуры и пр. Для учета влияния радиочастотных полей, возникающих во время проведения испытаний и оказывающих на испытания влияние, вводится вектор , где  - частотные характеристики полей радиолокационных, гидроакустичеких, систем связи, помеховых радио и гидроакустических,  - мощностные характеристики этих полей,  - деформации корпуса НК, влияющие на работоспособность его исполнительных устройств и систем. Для учета влияния факторов  и  на точность получаемой информации строятся модели зависимости характеристик обнаружения воздушных, надводных и подводных целей и точности определения радиолокационными и гидроакустическими системами положения этих целей при ведении их наблюдения: . При этом измеренное положение этих объектов, на основании которых производится выработка и принятие решений о взаимодействии с объектами внешней обстановки либо воздействии на них, определяется с помощью формулы . На следующем этапе массив данных о внешней обстановке  поступает в реальную СУ НК, где вырабатываются решения о порядке и условиях применения исполнительных средств, затем эти решения поступают в модели СУ исполнительных средств. СУ исполнительных средств вырабатывают соответствующие данные для моделей функционирования исполнительных механизмов, в которых решается модельная задача воздействия их на объекты внешней обстановки с учетом ошибок, возникающих при этом воздействии, и затем моделируются сами воздействия средств на эти объекты.
S(t)=(S
(t), …, S
(t))
S
(t)=f
(t, B, A, F, W, П
, У
)
П
k
j
У
t
k
1
M
kj
kj
kj
k
kj
k
Исполнительные средства моделируются соответствующими поведенческими функциями, влияющими своим воздействием на объекты воздушной, надводной и подводной составляющих внешней обстановки, то есть на изменение внешней обстановки, осуществляя таким образом моделирование реальной обратной связи во всем процессе функционирования комплекса «Внешняя среда - Система управления корабля - Исполнительные устройства» при проведении виртуальных испытаний корабля в моделируемых условиях. При этом результаты функционирования исполнительных средств (устройств и систем) с номерами K=1, …, М описываются в виде вектора состояния этих средств , где , где  - потенциал воздействия -го исполнительного средства на -й объект внешней обстановки,  - накопленный к моменту времени  ущерб для -го исполнительного средства в результате воздействия на него со стороны условий и объектов внешней обстановки.
На чертеже представлена принципиальная схема сопряжения объектов натурно-виртуальной модели испытаний СУ НК для реализации предлагаемого способа крупномасштабного натурно-виртуального моделирования испытаний радиоэлектронного вооружения надводных кораблей, который позволяет проводить подготовку реальных приемо-сдаточных испытаний аппаратуры СУ НК с целью снижения материальных затрат на этапе проведения самих приемо-сдаточных испытаний, а также может быть использовано для тренажа личного состава и в учебном процессе обучения методом полунатурного комплексного моделирования радиоэлектронного вооружения надводных кораблей.
Чертеж показывает принципиальную схему сопряжения объектов модели.
В соответствии со схемой команды управления от СУ НК 1 через коммутирующие устройства 2 поступают в компьютерный комплекс 3, имитирующий работу исполнительных устройств, механизмов, систем, которые в результате функционирования воздействуют на объекты и состояние виртуальной внешней среды 4 (летательные аппараты, космические объекты, корабли различной государственной принадлежности, их положение и состояние и т.д., состояние радиочастотной, гидроакустической полевой обстановки, окружающий рельеф). В обратном направлении с уровня внешней виртуальной среды 4 - внешней обстановки на уровень 3 в модели систем получения и приема-передачи информации, исполнительные системы НК поступают в математически модельной форме имитированные на уровне 4 сигналы гидроакустических и радиочастотных локационных, помеховых полей, полей каналов связи для функционирования моделей гидро- и радиолокационного оборудования, оборудования связи, а также имитированные показатели гидрометеорологической среды, влияющие на функционирование исполнительных устройств, механизмов и систем. После обработки на уровне 3 поступившей с уровня 4 информации с уровня 3 моделей оборудования систем получения передачи информации и исполнительных устройств выработанная информация передается на уровень 2, где специально разработанные программно-аппаратные устройства позволяют коммутировать уровни 2 и 1, форматируя имитированные данные о состоянии внешней обстановки вокруг НК, а также о текущем состоянии исполнительных систем НК согласно протоколам обмена, принятым в СУ НК между СУ НК и реальными исполнительными системами, системами приема передачи и получения информации на НК, которые представлены моделями на уровне 3. Полученная через уровень 2 информация на уровне 1 реальных систем СУ НК проходит обработку с участием реальной программно-аппаратной среды СУ НК и работы операторов, после выработки информации, необходимой для работы программно-аппаратной среды уровня 3 она передается через уровень коммутаторов 2 на уровень 3 и цикл управления продолжается.
При имитации работы исполнительных механизмов на уровне 3 и процессов и объектов, представленных во внешней среде на уровне 4, применяются программно-аппаратные механизмы имитации ошибок и связи их в группы ошибок, называемых полными группами ошибок (разброс параметров, допуска, систематические и случайные ошибки реальных аппаратных, приборных измерений) систем приема-передачи, получения информации, а также отработки команд исполнительными устройствами, механизмами и системами. Все операции принципиально отличаются от известных подходов тем, что включают в себя полные группы ошибок (разброс параметров, допуска и др.), которые возникают при получении реальной системой информации об объектах внешней среды.
Использование предлагаемой программно-аппаратной системы позволяет проводить подготовку реальных приемо-сдаточных испытаний аппаратуры СУ НК с целью снижения материальных затрат на этапе проведения самих приемо-сдаточных испытаний, а также может быть использовано для тренажа личного состава и в учебном процессе.