Устройство определения объектов атак баллистических целей

Устройство определения объектов атак баллистических целей относится к классу регулирующих и управляющих систем общего назначения и может быть использовано в автоматизированных системах управления частями и подразделениями противовоздушной обороны (ПВО) при отражении ударов баллистических целей.
Известна система [Джарратано Д., Райли Г. Экспертные системы: принципы разработки и программирование, четвертое издание. ВИЛЬЯМС, 2007, рис. 1.6., с. 70.], в состав которой входит база знаний, машина логического вывода, рабочая память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, причем выходы базы знаний и рабочей памяти соединены с первым и вторым входами машины логического вывода, третий вход машины логического вывода соединен со вторым выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы машины логического вывода соединены с входами базы знаний и рабочей памяти, третий выход машины логического вывода соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, третий вход и третий выход пользовательского интерфейса соединены с внешним по отношению к системе пользователем (являются входом и выходом системы).
Указанная система позволяет обеспечивать решение общих задач, связанных с автоматизированным управлением, в том числе частями и подразделениями ПВО.
Недостатком известной этой системы является отсутствие возможности автоматизированного определения объектов атаки баллистических целей и, как следствие, низкая эффективность управления частями ПВО с ВКП при отражении ударов баллистических целей.
В [RU 80030, МПК: G05B 17/00, 2009] отмечены возможные пути повышения эффективности управления огнем зенитных ракетных подразделений и, в частности, решения задач целеераспределения и целеуказания в ходе отражения ударов баллистических и аэродинамических целей. Однако известная система не позволяет обеспечивать автоматизированное определение объектов атак баллистических целей при управлении частями и подразделениями ПВО.
Известно устройство [RU 119477, МПК: G05B 17/00, 2012], которое решает задачу автоматизированного распределения баллистических целей частям ПВО. Однако известное устройство не обеспечивает автоматизированное определение объектов атак баллистических целей, что приводит к недостаточно высокой эффективности управления частями и подразделениями ПВО при отражении ударов баллистических целей.
Устройство [RU 136204, МПК: G05B 17/00, 2013] обеспечивает автоматизированный отбор высокоскоростных маневрирующих целей при управлении частями ПВО с учетом их особенностей и возможностей средств ПВО по их обстрелу и поражению. При этом устройство не решает задачу определения объектов атак баллистических целей.
Таким образом, наиболее близким к устройству определения объектов атак баллистических целей, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков устройства определения объектов атак баллистических целей, является система [Джарратано Д., Райли Г. Экспертные системы: принципы разработки и программирование, четвертое издание. ВИЛЬЯМС, 2007, рис. 1.6., с. 70]. Эта система позволяет решать задачи автоматизированного управления, а значит может быть рассмотрена в качестве прототипа.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании устройства определения объектов атак баллистических целей и которая не решена при использовании аналогов, заключается в создании технического средства (устройства), предназначенного для автоматизированного определения объектов атак баллистических целей в интересах повышения эффективности управления частями и подразделениями ПВО при отражении ударов баллистических целей.
Известной причиной, препятствующей решению указанной технической проблемы и получению технического результата, обеспечиваемого устройством определения объектов атак баллистических целей, в его аналогах, является невозможность автоматизированного определения объектов атак баллистических целей.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной технической проблемы, является реализация автоматизированного определения объектов атак баллистических целей в интересах повышения эффективности управления частями и подразделениями ПВО при отражении ударов баллистических целей.
согласно полезной модели
CompactPCI
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной проблемы обеспечивается тем, что устройство определения объектов атак баллистических целей, содержащее базу знаний, машину логического вывода, рабочую память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, таким образом, что выход базы знаний и первый выход рабочей памяти соединены с первым и вторым входами машины логического вывода, третий вход машины логического вывода соединен со вторым выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы машины логического вывода соединены с входом базы знаний и входом рабочей памяти, третий выход машины логического вывода соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, третий вход и третий выход пользовательского интерфейса являются первым входом и выходом устройства определения объекта атак баллистических целей, ,оно дополнительно содержит выполненные в виде технических модулей по технологии  и соединенные по интерфейсу  блок автоматизированного определения расположения объекта атаки, блок автоматизированной оценки точности определения объекта атаки, блок автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки, причем второй выход рабочей памяти по интерфейсу  соединен со вторыми входами блока автоматизированного определения расположения объекта атаки, блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки, блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки, второй вход устройства определения объектов атак баллистических целей по интерфейсу  соединен с первым входом блока автоматизированного определения расположения объекта атаки, выход блока автоматизированного определения расположения объекта атаки по интерфейсу  соединен с первым входом блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки, первый выход блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки по интерфейсу  соединен с четвертым входом машины логического вывода, второй выход блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки по интерфейсу  соединен с первым входом блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки, выход блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки по интерфейсу  соединен с четвертым входом машины логического вывода.
CompactPCI
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Дополнительное введение выполненных в виде технических модулей по технологии  и соединенных между собой по интерфейсу  блока автоматизированного определения расположения объекта атаки, первый вход которого по интерфейсу  соединен со вторым входом устройства определения объектов атак баллистических целей, второй вход по интерфейсу  соединен со вторым выходом рабочей памяти, блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки, второй вход которого по интерфейсу  соединен со вторым выходом рабочей памяти, а первый выход по интерфейсу  соединен с четвертым входом машины логического вывода, блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки, второй вход которого по интерфейсу  соединен со вторым выходом рабочей памяти, а выход по интерфейсу  соединен с четвертым входом машины логического вывода позволяет автоматизировать процессы определения расположения объекта атаки баллистической цели, оценки точности определения объекта атаки баллистической цели, определения возможности поражения объекта атаки баллистической целью. Это в свою очередь позволяет решить поставленную проблему, а именно создать техническое средство (устройство), предназначенное для автоматизированного определения объектов атак баллистических целей в интересах повышения эффективности управления частями и подразделениями ПВО при отражении ударов баллистических целей.
Графические материалы, поясняющие суть полезной модели, представлены на фиг. 1.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства определения объектов атак баллистических целей.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - база знаний;
2 - машина логического вывода;
3 - рабочая память;
4 - блок объяснения;
5 - пользовательский интерфейс;
6 - блок приобретения знаний;
7 - блок автоматизированного определения расположения объекта атаки;
8 - блок автоматизированной оценки точности определения объекта атаки;
9 - блок автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки.
CompactPCI
Ethernet
Ethernet
База знаний 1 выполнена в виде технического модуля по технологии  и предназначена для хранения в оперативной памяти правил выбора вариантов определения объектов атак баллистических целей. Вход базы знаний 1 с по интерфейсу  соединен с выходом 2.5 машины логического вывода 2, а выход базы знаний 1 по интерфейсу  соединен с входом 2.1 машины логического вывода 2.
CompactPCI
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Машина логического вывода 2 выполнена в виде технического модуля по технологии  и предназначена для выполнения логических и арифметических действий с данными, хранящимися в рабочей памяти 3, в соответствии с правилами, хранящимися в базе знаний 1. Входы 2.1 и 2.2 машины логического вывода 2 по интерфейсу  соединены с выходом базы знаний 1 и выходом 3.1 рабочей памяти 3. Вход 2.3 машины логического вывода по интерфейсу  соединен с выходом 6.2 блока приобретения знаний 6. Вход 2.4 машины логического вывода 2 по интерфейсу  соединен с первым выходом блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8 и выходом блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9. Выход 2.5 машины логического вывода 2 по интерфейсу  соединен с входом базы знаний 1, выход 2.6 по интерфейсу  соединен с входом рабочей памяти 3, а выход 2.7 по интерфейсу  соединен с входом 4.1 блока объяснения 4.
CompactPCI
Ethernet
Рабочая память 3 2 выполнена в виде технического модуля по технологии   и предназначена для хранения в оперативной памяти данных о защищаемых объектах, подлежащих атакам баллистических целей и их географических координатах, а также данных о предполагаемых типах и характеристиках баллистических целей, коды алгоритма определения возможности расположения объекта атаки баллистической, алгоритма оценки точности определения объекта атаки баллистической цели, алгоритма определения возможности поражения объекта атаки баллистической целью. Вход рабочей памяти 3 соединен с выходом 2.6 машины логического вывода 2. Выход 3.2 рабочей памяти 3 по интерфейсу  соединен с входом 7.2 блока автоматизированного определения расположения объекта атаки 7, входом 8.2 блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8, входом 9.2 блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9.
CompactPCI
Ethernet
DVI
HDMI
DVI
HDMI
Блок объяснения 4 выполнен в виде технического модуля по технологии  и предназначен для запоминания и передачи транзитом информации по объектам атак баллистических целей. Вход 4.1 блока объяснения 4 по интерфейсу  соединен с выходом 2.7 машины логического вывода 2. Вход 4.2 блока объяснения по цифровому интерфейсу  () соединен с выходом 5.4 пользовательского интерфейса 5. Выход блока объяснения 4 по цифровому интерфейсу  () соединен с входом 5.1 пользовательского интерфейса 5.
USB.
DVI
HDMI
DVI
HDMI
DVI
HDMI
DVI
HDMI
Пользовательский интерфейс 5 предназначен для общения с пользователем посредством использования стандартного набора технических и программных средств и включает в себя дисплей, клавиатуру и манипулятор типа «мышь». Клавиатура и манипулятор типа «мышь» соединены по интерфейсу  Вход 5.1 пользовательского интерфейса 5 по цифровому интерфейсу  () соединен с выходом блока объяснения 4. Вход 5.2 пользовательского интерфейса по цифровому интерфейсу  () соединен с выходом 6.1 блока приобретения знаний 6. Вход 5.3 пользовательского интерфейса 5 является первым входом устройства определения объектов атак баллистических целей и соединен с помощью клавиатуры и манипулятора типа «мышь» с пользователем системы. Выход 5.4 пользовательского интерфейса 5 по цифровому интерфейсу  () соединен с входом 4.2 блока объяснения 4. Выход 5.5 пользовательского интерфейса по цифровому интерфейсу  () соединен с входом блока приобретения знаний 6. Выход 5.6 пользовательского интерфейса 5 является выходом устройства определения объектов атак баллистических целей и соединен с помощью дисплея с пользователем системы.
CompactPCI
DVI
HDMI
DVI
HDMI
Ethernet
Блок приобретения знаний 6 выполнен в виде технического модуля по технологии  и предназначен для организации диалоговой процедуры, целью которой является утверждение полученных в результате работы устройства результатов определения объектов атак баллистических целей. Вход блока приобретения знаний 6 по цифровому интерфейсу  () соединен с выходом 5.5 пользовательского интерфейса 5. Выход 6.1 блока приобретения знаний 6 по цифровому интерфейсу  () соединен с входом 5.2 пользовательского интерфейса 5. Выход 6.2 блока приобретения знаний 6 по интерфейсу  соединен с входом 2.3 машины логического вывода 2.
CompactPCI
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Блок автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 выполнен в виде технического модуля по технологии   и предназначен для определения области возможных точек падения баллистических целей на основе предполагаемых координат точек падения баллистических целей и ошибок в их определении с учетом возможных отклонений баллистических целей за счет маневра и торможения с последующим установлением объекта, попадающего в эту область. Вход 7.1. блока автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 является вторым входом устройства определения объекта атак баллистических целей, через который по интерфейсу  в устройство поступает информация о баллистических целях и параметрах их движения. Вход 7.2. блока автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 по интерфейсу  соединен с выходом 3.2 рабочей памяти 3. Выход 7.3. блока автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 по интерфейсу  соединен с входом 8.1 блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8.
CompactPCI
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Блок автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8 выполнен в виде технического модуля по технологии  и предназначен для автоматизированной оценки возможности попадания в область возможных точек падения баллистических целей только одного объекта атаки. В этом случае точность считается достаточной. Если объектов атак баллистических целей, попавших в эту область, окажется более одного, то точность считается низкой. Вход 8.1. блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8 по интерфейсу  соединен с выходом 7.3. блока автоматизированного определения расположения объекта атаки 7. Вход 8.2. блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8 по интерфейсу  соединен с выходом 3.2. рабочей памяти. Выход 8.3. блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8 по интерфейсу  соединен с входом 2.4. машины логического вывода. Выход 8.4. по интерфейсу  соединен с входом 9.1. блок автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9.
CompactPCI
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Блок автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9 выполнен в виде технического модуля по технологии  и предназначен для определения конкретного объекта, поражаемого баллистической целью, с учетом ошибок в определении координат точек падения баллистических целей в условиях низкой точности определения объекта атаки баллистической цели. Вход 9.1. блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9 по интерфейсу  соединен с выходом 8.4. блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8. Вход 9.2. блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9 по интерфейсу  соединен с выходом 3.2. рабочей памяти. Выход 9.3. блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9 по интерфейсу  соединен с входом 2.4. машины логического вывода 2.
Ethernet
DVI
HDMI
USB
На предварительном этапе работы устройства в рабочую память по интерфейсу  через блок приобретения знаний 6 с пользовательского интерфейса, соединенного по цифровому интерфейсу  (), пользователем с использованием клавиатуры и манипулятора типа «мышь», подключенных по интерфейсу , загружаются данные об объектах предполагаемых атак баллистических целей и их координатах, а также варианты алгоритмов определения расположения объекта атаки, оценки точности определения объекта атаки, определения возможности поражения объекта атаки.
В базу знаний закладываются правила выбора вариантов определения объекта атаки баллистической цели в зависимости от точности, то есть варианты алгоритмов определения расположения объекта атаки и определения возможности поражения объекта атаки.
USB
USB
Ethernet
Ethernet
После завершения предварительного этапа работы устройства пользователь вводит через пользовательский интерфейс с использованием подключенных по интерфейсу  клавиатуры и манипулятора типа «мышь» в устройство определения объектов атак баллистических целей информационные признаки, характеризующие точность определения объекта атаки баллистических целей для выбора конкретного варианта правил определения расположения объекта атаки и возможности поражения объекта атаки. Информационные признаки, характеризующие точность определения объекта атаки баллистических целей, поступившие с использованием подключенных по интерфейсу  клавиатуры и манипулятора типа «мышь» через вход 5.3 пользовательского интерфейса, по интерфейсу  поступают далее на вход блока приобретения знаний 6, а через него транзитом по интерфейсу  на вход 2.3 машины логического вывода 2. Машина логического вывода 2 обеспечивает на основе логических правил, хранящихся в базе знаний 1, загрузку в рабочую память 3 конкретного варианта правил определения объекта атаки баллистической цели в зависимости от точности.
Ethernet
Числовой код, характеризующий алгоритмы определения расположения объекта атаки, оценки точности определения объекта атаки, определения возможности поражения объекта атаки поступает через соответствующие связи по интерфейсу  в блок автоматизированного определения расположения объекта атаки 7, блок автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8,блок автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9.
Ethernet
Через второй вход устройства определения объектов атак баллистических целей на вход 7.1 блока автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 по интерфейсу поступают характеристики баллистических целей и параметры их движения. На основе загруженного в этот блок алгоритма осуществляется определение области возможных точек падения баллистических целей с учетом возможных отклонений за счет маневра и торможения с последующим установлением объекта, попадающего в эту область.
Выполнение блоком автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 функции определения области возможных точек падения баллистических целей с учетом возможных отклонений за счет маневра и торможения описывается математическими выражениями:
,
,
,
,
X
Z
где ,,, - координаты области возможных точек падения баллистических целей с учетом возможных отклонений за счет маневра и торможения по осям и соответственно;
X
Z
- координаты точек падения баллистических целей без учета возможных отклонений за счет маневра и торможения по осям и соответственно;
- минимальные и максимальные возможности баллистической цели по маневру в продольном направлении соответственно;
- минимальные и максимальные возможности баллистической цели по маневру в поперечном направлении соответственно;
- круговое рассеивание;
- максимальная продольная ошибка в определении координат точки падения баллистической цели;
- максимальная поперечная ошибка в определении координат точки падения баллистической цели.
Выполнение блоком автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 функции установления объекта, попадающего в область возможных точек падения баллистических целей, описывается математическими выражениями:
,
,
X
Z
где  - координаты объекта атаки по осям  и  соответственно.
Ethernet
Полученные значения с выхода 7.3 блока автоматизированного определения расположения объекта атаки 7 по интерфейсу  поступают на вход 8.1. блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки. В блоке 8 в соответствии с загруженным в этот блок алгоритмом и правилом производится оценка точности определения объекта атаки баллистических целей.
Выполнение блоком автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8 своей функции описывается математическими выражениями:
,
,
X
Z
где  - расстояние между возможными объектами атаки баллистических целей по осям  и  соответственно.
Ethernet
Ethernet
DVI
HDMI
Точность определения объекта атаки баллистических целей считается достаточной, если в область возможных точек падения баллистических целей попадает только один объект атаки. Тогда с выхода 8.3. по интерфейсу  параметры объекта атаки (его координаты) и области возможных точек падения (ее координаты) поступают на вход 2.4 машины логического вывода 2, через которую по интерфейсу  следует транзитом на вход 4.1 блока объяснения. С выхода блока объяснения 4 параметры объекта атаки и области возможных точек падения по цифровому интерфейсу  () поступают на вход 5.1 пользовательского интерфейса 5 для отображения на дисплее, а с выхода 5.6 пользовательского интерфейса на выход устройства определения объектов атак баллистических целей.
Ethernet
Если по результатам работы блока автоматизированной оценки точности определения объекта атаки 8 будет установлено, что в область возможных точек падения баллистических целей попадает более одного объекта атаки, то точность определения объекта атаки считается недостаточной. В этом случае с выхода 8.4. по интерфейсу  параметры баллистических целей поступают на вход 9.1. блока автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9. На основе загруженного в этот блок алгоритма осуществляется определение конкретного объекта, поражаемого баллистической целью, с учетом ошибок в определении координат точек падения баллистических целей в условиях низкой точности определения объекта атаки.
Выполнение блоком автоматизированного определения возможности поражения объекта атаки 9 своей функции описывается математическими выражениями:
,
,
j
где  - вероятность поражения объекта (о) -й баллистической целью;
j
- плотность распределения отклонений возможной точки падения -й баллистической цели от объекта атаки (о);
j
X
Z
- расстояния от объекта атаки (о) до возможной точки падения - й баллистической цели (по осям  и  соответственно);
j
Z
- ошибки в определении отклонений -й баллистической цели за счет маневра, распределенные по закону равномерной плотности (по оси );
Ф - функция Лапласа;
- минимальные и максимальные возможности баллистической цели по маневру в продольном направлении соответственно;
X.
- среднеквадратическая ошибка в определении координаты возможной точки падения баллистической цели по оси
Ethernet
Ethernet
DVI
HDMI
Информация о конкретном объекте, поражаемом баллистической целью с учетом ошибок в определении координат точек падения баллистических целей в условиях низкой точности определения объекта атаки, с выхода 9.3 по интерфейсу  поступает на вход 2.4 машины логического вывода 2, через которую по интерфейсу  следует транзитом на вход 4.1 блока объяснения. С выхода блока объяснения 4 информация об объекте атаки по цифровому интерфейсу  () поступает на вход 5.1 пользовательского интерфейса 5 для отображения на дисплее, а с выхода 5.6 пользовательского интерфейса на выход устройства определения объектов атак баллистических целей.
В результате проведения имитационного моделирования были получены данные, подтверждающие повышение эффективности управления частями и подразделениями ПВО на 12-14% при использовании устройства определения объектов атак баллистических целей. Достоверность полученных данных подтверждается достаточной сходимостью результатов, полученных в ходе проведения реальных экспериментов, с результатами, полученными при проведении имитационного моделирования.