Информационно-управляющий комплекс с интеллектуальной поддержкой экипажа
INFORMATION AND CONTROL COMPLEX WITH INTELLIGENT CREW SUPPORT

Техническое решение относится к авиационной технике, а именно, к бортовым комплексам навигации, управления и наведения летательных аппаратов (ЛА).
Такие комплексы предназначены для обеспечения выполнения полетного задания с высоким качеством решения основных функциональных задач и высокой степенью безопасности полета за счет снижения или ограничения интеллектуальной нагрузки на экипаж ЛА при возникновении особых полетных ситуаций, а также заблаговременного реагирования на складывающуюся ситуацию, предотвращающего ее опасное развитие.
Давно известны комплексы бортового оборудования ЛА (см., например, [1] (Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991 г.) на стр. 6-16, 391-507; [4] (Синяков А.Н., Шаймарданов Ф.А. Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками. - М.: Машиностроение, 1991 г.) на стр. 7-16, 103-127, 165-166, 275-276.
Широко известны комплексы бортового оборудования ЛА, описанные в книге [3] (Августов Л.И., Бабиченко А.В., Орехов М.И., Сухорукое С.Я., Шкред В.К. Навигация летательных аппаратов в околоземном пространстве / Под ред. Г.И. Джанджгавы // М.: Научтехлитиздат.- 2015) на стр. 465-477, включающие в себя измерительные датчики и системы, средства связи, исполнительные устройства управления, информационно-управляющее поле кабины (индикаторы, пульты, органы управления), вычислительную систему, обеспечивающие управление ЛА и его вооружением во всех режимах и этапах полета. Системы, входящие в состав комплексов, описаны в технической литературе, например, [7] (Авиационное оборудование. Андриевский Ю.А. и др. - М.: Воениздат. 1989 г.) на стр. 5 - 299, [6] (Дорофеев С.С.Авиационные приборы. Учебное пособие. - М.: Воениздат, 1992 г.), на стр. 19-246. Комплексы осуществляют непрерывный сбор и обработку информации, предоставление ее экипажу, формирование и выполнение управляющих воздействий на основе принятых от экипажа сигналов или автоматически. Экипаж ЛА выполняет наиболее сложные интеллектуальные задачи: анализирует текущую информацию - как предъявляемую средствами комплекса, так и непосредственно воспринимаемую с помощью естественных органов чувств, на основе анализа идентифицирует текущую ситуацию и состояние объектов управления (ЛА и его вооружения), соотносит результат анализа с заданным планом полета, руководствуясь личным опытом, эксплуатационными документами, требованиями полетного задания, принимает решение, с помощью органов управления осуществляет его выполнение, контролирует результаты. Сложность решения таких задач в ограниченное время создает большую нагрузку на экипаж, что нередко приводит к ошибкам, принятию неверных решений, невыполнению задания и авариям.
Попытка найти решение задачи технической диагностики путем сведения бесконечного разнообразия критических ситуаций к конечному множеству решений по управлению выводом гражданского ЛА из критической ситуации сделана в системе поддержки экипажа в опасных ситуациях (см., RU 2128854), содержащей датчик состояния двигателей, топливной системы, гидросистему, систему электроснабжения, систему штурвального управления, систему выпуска шасси и торможения, систему жизнеобеспечения, противообледенительную систему, противопожарную систему, блок распознавания состояния конфигурации ЛА, блок распознавания режимов полета, анализатор состояния пилотажно-навигационного оборудования, анализатор состояния аппаратуры ЛА, блок распознавания аварийной ситуации, блок прогноза поведения ЛА и его бортового оборудования, базы знаний развития характеристик аварийных ситуаций и их предотвращения, вычислитель принятия решений о предотвращении аварийной ситуации, анализатор правильности действий экипажа, вычислитель принятия решений о переходе на автоматическое управление и блок предупреждения о нарушении правильности действий. При этом в системе недостаточно учитываются особенности разных типов ЛА, отсутствует возможность расширения базы знаний в процессе эксплуатации, перечень аварийных ситуаций ограничен выходом ряда наблюдаемых параметров за установленные ограничения, не обеспечивается интеллектуальная поддержка задач боевого применения ЛА и интеллектуальной поддержки в случае комплексного развития ситуации.
На расширение функциональных возможностей всех известных технических решений в данной сфере претендует беспилотный робототехнический комплекс, оснащенный системой поддержки принятия решений по RU 2353891.
Сложно добиться повышения уровня безопасности и эффективности выполнения задания за счет введения в контуры диагностирования и принятия решений по выходу из особых ситуаций наземного вычислительного комплекса системы поддержки принятия решений, база знаний которой регулярно пополняется данными о новых возникших особых ситуациях и сценариями выхода из них в системе поддержки принятия решений экипажа воздушного судна по предотвращению особых ситуаций при выходе из эксплуатационной области (см., RU 2386569). К тому же внедрение такого устройства не позволит существенно повысить своевременность и объективность принятия решения по выходу из особой ситуации из-за необходимости привлечения к процессу выработки решения экспертов наземной части. Также уязвим к естественным и искусственным помехам канал обмена данными с наземной экспертной системой (ЭС), что приводит к утрате связи с наземной ЭС при маневрировании ЛА и удалении ЛА от наземного пункта, а сложная наземная часть системы затрудняет ее развертывание в полевых условиях. При этом ввиду естественных ограничений канала обмена данными (ограничение объема данных и запаздывание во времени) возможно формирование в наземной ЭС неадекватных ситуации и неактуальных во времени оценок и рекомендаций.
На обеспечение безопасности эксплуатации морских судов двойного действия для предотвращения риска развития аварийных ситуаций в районах Северного морского пути и повышение безопасности мореплавания направлена система поддержки принятия решений с модульной структурой для операторов судов двойного действия по RU 2713077. Указанная система учитывает влияние как внутренних, так и внешних возмущающих воздействий, однако ее оперативность недостаточна для применения на летательных аппаратах.
В Системе информационной поддержки экипажа вертолета (см., RU 2439584) повышение безопасности обеспечивается только на этапах предстартовой подготовки, запуска силовых установок, маневрирования по земной поверхности, взлета и висения за счет определения и отображения метеорологических параметров и параметров ориентации вертолета с учетом особенностей динамики его движения.
Также ограничена в функциональных возможностях и бортовая система информационной поддержки экипажа на этапе «Взлет» многодвигательного воздушного судна по RU 2550887, направленная на представление экипажу улучшенной внутрикабинной и закабинной обстановки на этапе взлета и повышение ситуационной осведомленности экипажа. Невозможность учета оперативной информации, воспринимаемой экипажем посредством естественных органов чувств, а также отсутствие механизма наращивания знаний в процессе эксплуатации в используемых системой базах знаний и отсутствие возможности управления работой экспертной системы и ее контроля со стороны экипажа, существенно ограничивает возможности данной системы.
Обеспечение безопасного взлета и посадки воздушных судов в неблагоприятных метеорологических условиях представлено также в системах EFVS (Enhanced Flight Vision System) и ESVS (Enhanced Synthetic Vision System), Kollsman All Weather Window; системах компании Gulfstream Aerospace Corporation, а также HUD (Head Up Display) компании Honeywell с обработкой и визуализацией изображений.
Существуют системы «датчик-дисплей», обеспечивающие передачу для экипажа на внутрикабинные индикаторы изображения, полученного от датчиков: компания ВАЕ Systems с системой технического зрения «Enhanced and Synthetic Vision Integrated Technology Evaluation (FORESITE)»; компания CMC Electronics (Канада) разработала два вида систем: СМА-2600 I - Series™ и СМА-2610 Μ - Series™; Компания Max-Viz, Inc (США) разработала систему EVS2500; EVS система фирмы Rockwell Collins. Однако, упомянутые EVS системы не могут обеспечить экипаж изображением надлежащего качества и не решают задачи интеллектуальной поддержки экипажа в полной мере, т.е. не участвуют в формировании управляющего решения или решения задачи прогноза и оценки ситуации.
На повышение ситуационной осведомленности экипажа о текущем местоположении на аэродроме направлены технические решения US 2011022291 и 2011130963, а также ЕР 2355071.
Системы контроля и управления взлетом, например, ЕР №2328054, интегрированные системы контроля пилотажных и навигационных параметров, параметров работы СУ и систем, а также состояния ВПП и внезапных факторов (см., US 2008215198), а также система и способ контроля взлета по US 2011040431 содержат визуальные информационные устройства, расположенные в кабине экипажа и устройства авионики, выходы которых связаны со входами бортовой вычислительной системы (ВВС), пользовательский интерфейс в виде индикаторов, средства радиосвязи и радионавигации, а также аудиоустройства. Вычислитель таких систем может содержать базу данных рельефа местности, базу навигационных данных, а компоненты авионики имеют как аналоговые, так и цифровые выходы, которые подключены к входам вычислителя системы.
В интеллектуальной системе поддержки экипажа (см, RU 2598130) повышают безопасность посадки ЛА за счет адаптации системы торможения к условиям посадки ЛА, однако другие режимы не учтены.
Безопасность полета в интеллектуальной системе поддержки экипажа по RU 2541902, содержащей датчики состояния двигателей, топливной системы, гидросистемы, системы электроснабжения, системы выпуска шасси и торможения, противообледенительной системы, противопожарной системы, системы воздушных сигналов, спутниковую навигационную систему, инерциальную навигационную систему, радиовысотомер, приборную систему посадки, систему штурвального управления, параллельно соединенные с системой сбора бортовой информации, систему отображения информации, блок распознавания аварийных ситуаций, систему контроля разбега, систему предупреждения об опасной близости земли, систему предупреждения о выходе на опасные значения угла атаки и перегрузки, систему контроля захода на посадку и посадки и систему предупреждения о попадании в сдвиг ветра, повышают путем снижения уровня аварийных ситуаций, вызванных человеческим фактором, функциональными отказами и внешними воздействиями, ограничиваясь только лишь выдачей предупреждений о наступлении ситуации или опасном приближении к ней.
В устройстве поддержки принятия решений по предотвращению особых ситуаций при выполнении полета на летательном аппарате (см., RU 2417394) за счет улучшенной обработкой данных и их индикации формируется дополнительная информация и, соответственно, дополнительная интеллектуальная нагрузка на экипаж. Анализ этой информации и соотнесение ее с другими источниками данных, при том, что идентификация ситуации и принятие решения по управлению остаются за экипажем, а также необходимость использования дополнительного индикатора, усложняет приборную доску кабины и логику работы с ней и требуют затрат времени на переключение внимания.
Способ технического контроля и диагностирования бортовых систем беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с поддержкой принятия решений по RU 2557771 направлен на повышение эффективности проверки бортовых систем БПЛА.
Способ поддержки принятия клинического решения по RU 2560423 позволяет уменьшить сложность механизма принятия решений за счет сокращения количества данных, вводимых в механизм принятия решений, при диагностике аллергий и других заболеваний.
Комплекс поддержки принятия решений диспетчерским персоналом электроэнергетических систем по RU 2638632 направлен на формирование решений-рекомендаций для диспетчера по эффективному и оптимальному управлению их состоянием при разных режимах работы.
На универсальность претендует способ принятия единого согласованного решения в распределенной системе ЭВМ по RU 2706459, который заключается в оптимизации порядка согласования общего решения между независимыми равноправными автоматическими (компьютеризированными) центрами, необходимого для получения согласованного результата раунда в распределенной сети.
На повышение быстродействия путем исключения поиска оптимального плана действий в чрезвычайной ситуации по всей базе данных сервера и локализации поиска только по временным и отличительным признакам создавшейся ситуации направлена автоматизированная система поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций (см., RU 57481), однако она ограничена по области действия.
Представленная в RU 123991 система контроля и оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами обладает возможностями получения дополнительной информации о ходе технологического процесса, что повышает надежность технологического процесса за счет непрерывного контроля состояния режущего инструмента, введения на основе результатов контроля коррекции в параметры технологического процесса и оповещения эксплуатационного и обслуживающего персонала в предаварийной ситуации, что в совокупности обеспечивает снижение экономических затрат на выполнение технологического процесса. Однако ее состав ограничивает сферу применения. Это же относится и к автоматизированной системе контроля по RU 119906.
Существуют технические решения, направленные на сокращение времени принятия решения в боевых условиях. Так, например, повышение быстродействия системы путем исключения поиска данных по всей базе данных сервера системы и локализации поиска данных только по идентификаторам ситуационной обстановки противостоящих группировок войск предложено в системе поддержки принятия решений по огневому поражению группировки противника RU 117665. Повышение помехозащищенности распознавания класса, типа, состава, степени угрозы, опасности и других характеристик воздушных целей и надежности автоматического принятия решения по ним представлено в RU 84997. Те же задачи решает и автоматизированная геоинформационная система поддержки принятия решения командира зенитного ракетного полка (см., RU 194853).
Автоматизированная система информационной и аналитической поддержки принятия решений в сфере авиаперевозок (см., RU 133632) позволяет получать, структурировать, анализировать и сопоставлять информацию из различных источников, что упрощает работу с информационными массивами, но не применимо для повышения безопасности полетов.
На автоматизацию процесса выбора оптимальных планов ремонтов и реконструкции гидротехнических сооружений (ГТС) и организации единого информационного пространства для всех участников процессов управления безопасностью и надежностью ГТС как при нормальной их эксплуатации, так и в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций за счет включения в систему блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС и базы данных портфеля ГТС всех ГЭС или иных эксплуатируемых объектов, направлена система по RU 114186.
Повышению надежности технологического процесса за счет своевременного оповещения эксплуатационного и обслуживающего персонала служат системы оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами (см., RU 74226 и 107599).
Экспертная система поддержки принятия решений по управлению морским роботизированным технологическим комплексом по RU 181258 позволяет производить разработку задания на выполнение подводных работ, контролировать перемещения подводных аппаратов морских роботизированных технологических комплексов в процессе выполнения задания, выявлять нештатные ситуации и выдавать рекомендации по их преодолению.
Расширение возможностей прогнозирования поведения системы обеспечивает система поддержки принятия решений для дистанционного обучения специалистов в области навигационной аппаратуры пользователя ГЛОНАСС (см., RU 113386), однако точность прогнозирования недостаточна для применения в ЛА.
В Автоматизированной высокоинтеллектуальной системе обеспечения безопасности полета летательного аппарата (см., RU 2388663) не удается обеспечить повышение безопасности полетов только лишь за счет контроля за точностью выполнения пилотом заданных параметров различных режимов полета по маршруту с отслеживанием рельефа местности при выводе из критической ситуации. Область применения системы ограничена полетом по заданному маршруту, для которого построены эталонные параметры управления, в случае более сложного маневрирования построение таких эталонов невозможно. Ограничен перечень парируемых особых ситуаций, а также свобода действий экипажа (блокирование ручного управления). Также невозможно обеспечить учет оперативной информации, воспринимаемой экипажем посредством естественных органов чувств.
Известен информационно-управляющий комплекс по RU 2232376 [2], содержащий взаимосоединенные входами-выходами по магистрали информационного обмена систем радиотехнические средства навигации, обзорно-прицельные средства, системы опознавания образов, инерциальные датчики и системы, воздушные датчики и системы, индикационно-управляющие устройства, вычислительную систему комплекса, включающую взаимосоединенные по магистрали вычислительного информационного обмена блок формирования параметров состояния, блок комплексной обработки информации, блок ввода-вывода и управления информационным обменом, другой вход-выход которого является входом-выходом вычислительной системы комплекса. Он дополнительно снабжен введенными в состав вычислительной системы комплекса блоком объединенной базы данных, блоком защиты от действия естественных и искусственных помех, блоком информационной адаптации комплекса, блоком синтеза параметров окружающего пространства, блоком синтеза параметров состояния, блоком логической комплексной обработки информации, соединенных между собой и с блоком формирования параметров состояния, с блоком комплексной обработки информации, с блоком ввода-вывода и управления информационным обменом вычислительной системы комплекса по магистрали вычислительного информационного обмена. Комплекс направлен на расширение функциональных возможностей и повышение эффективности многофункциональных ЛА (МЛА), снабженных таким комплексом, однако введение упомянутых блоков в состав вычислительной системы комплекса усложняет систему в целом, что снижает ее надежность. При этом не обеспечивается формирование и выдача на индикаторы действенных рекомендаций с учетом прогнозных значений, адаптированных к изменяющимся условиям эксплуатации и боевого применения, а также эффективное накопление опыта эксплуатации.
Несмотря на многочисленные приведенные технические решения, совокупность их признаков при использовании не позволяет обеспечить формирование действенных рекомендаций с учетом прогнозных значений при расширении функциональных возможностей комплекса. Также известные технические решения не обеспечивают возможности корректировки содержания и формы рекомендаций и сообщений для экипажа применительно к конкретным условиям эксплуатации и с учетом накопленного опыта эксплуатации логики формирования, а также при расширении функций комплекса.
Задача, на решение которой направлено техническое решение и достигаемый при этом технический результат, заключается в формировании действенных рекомендаций с учетом прогнозных значений при расширении функциональных возможностей информационно-управляющего комплекса с интеллектуальной поддержкой экипажа.
Это приводит к снижению интеллектуальной нагрузки на экипаж ЛА при возникновении особых полетных ситуаций, позволяет заблаговременно реагировать, предотвращать опасное развитие ситуаций и обеспечивает высокое качество решения основных функциональных задач и степень безопасности полета.
Формирование действенных рекомендаций с учетом прогнозных значений при расширении функциональных возможностей обеспечено рациональным выбором составных частей информационно-управляющего комплекса интеллектуальной поддержки и их взаимодействием.
Для этого информационно-управляющий комплекс с интеллектуальной поддержкой экипажа, содержащий взаимосоединенные входами-выходами по магистрали информационного обмена (МИО) измерительные устройства (ИЗМ-У), исполнительные устройства (ИСП-У), блок информационно-управляющих устройств (ИУ-У), вычислительное устройство (ВУ), запоминающее устройство (ЗУ), снабжен блоком интеллектуальной поддержки (БИП), соединенным с устройством ввода новых знаний (УВНЗ) через блок коррекции баз знаний (БКорБЗ), при этом блок интеллектуальной поддержки (БИП) подключен к запоминающему устройству (ЗУ) и блоку информационно-управляющих устройств (ИУ-У), соединенному в свою очередь с устройством ввода новых знаний (УВНЗ).
Технический результат достигается также тем, что комплекс, в котором блок интеллектуальной поддержки (БИП), выполненный на однопроцессорном или многопроцессорном вычислителе, оснащен блоками ввода информации от систем и устройств комплекса (БВИ), прогноза развития ситуаций (БПРОС), формирования данных для блока принятия решения (БФД), принятия решения (БПР), хранения логических правил (БХЛП), хранения специальной информации (БХСИ), формирования сообщений и сигналов управления (БФССУ), блоком обратной связи с экипажем (БОСЭ), а также блоком имитационных моделей комплекса, объекта и внешней среды (БИМ).
Тому же способствует и то, что первый вход/выход блока ввода информации от систем и устройств комплекса (БВИ) является первым входом/выходом блока интеллектуальной поддержки (БИП) которым он подключен к магистрали информационного обмена комплекса (МИО), ко второму входу/выходу блока ввода информации от систем и устройств (БВИ) подключен вход/выход блока имитационных моделей комплекса, объекта и внешней среды (БИМ), первый выход блока ввода информации от систем и устройств комплекса (БВИ) подключен к входу блока прогноза развития ситуаций (БПРОС), а второй его выход - ко второму входу блока формирования данных для блока принятия решения (БФД), к первому входу которого подключен выход блока прогноза развития ситуаций (БПРОС), а к третьему входу - первый выход блока обратной связи с экипажем (БОСЭ), вторым выходом подключенного к входу блока имитационных моделей комплекса, объекта и внешней среды (БИМ), выход блока формирования данных для блока принятия решения (БФД) подключен к первому входу блока принятия решения (БПР), ко второму входу которого подключен выход блока хранения логических правил (БХЛП), выход блока принятия решения (БПР) подключен к первому входу блока формирования сообщений и сигналов управления (БФССУ), ко второму входу которого подключен выход блока хранения специальной информации (БХСИ), причем выход блока формирования сообщений и сигналов управления (БФССУ) является вторым выходом, вход блока обратной связи с экипажем (БОСЭ) является вторым входом блока интеллектуальной поддержки (БИП), подключенным к блоку информационно-управляющих устройств (ИУ-У) комплекса, входы блоков хранения логических правил (БХЛП) и хранения специальной информации (БХСИ), являясь третьим входом блока интеллектуальной поддержки (БИП), подключены к выходам запоминающего устройства комплекса (ЗУ) и к выходу блока коррекции баз знаний (БКорБЗ);
На достижение технического результата направлено и то, что блок устройства ввода новых знаний (УВНЗ) выполнен на однопроцессорном или многопроцессорном вычислителе и оснащен устройствами сопряжения вычислителя с линиями связи приема, контроля и выдачи информации, своим первым входом/выходом подключен к блоку информационно-управляющих устройств (ИУ-У) комплекса, вторым выходом - к входу блоку коррекции баз знаний (БКорБЗ), имеет третий вход/выход подключения к внешнему технологическому оборудованию (ВТО).
Изображено на:
Фиг. 1 - Схема информационно-управляющего комплекса с интеллектуальной поддержкой экипажа (ИУК);
Фиг. 2 - Схема блока интеллектуальной поддержки экипажа (БИП).
Информационно-управляющий комплекс с интеллектуальной поддержкой экипажа, содержащий взаимосоединенные входами-выходами по магистрали информационного обмена (МИО) 1 (Фиг. 1) измерительные устройства (ИЗМ-У) 2, исполнительные устройства (ИСП-У) 3, блок информационно-управляющих устройств (ИУ-У) 4, вычислительное устройство (ВУ) 5, запоминающее устройство (ЗУ) 6, который снабжен блоком интеллектуальной поддержки (БИП) 7, подключенным к МИО 1 и соединенным с устройством ввода новых знаний (УВНЗ 9) через блок коррекции баз знаний (БКорБЗ) 8, при этом блок интеллектуальной поддержки (БИП) 7 подключен к запоминающему устройству (ЗУ) 6 и блоку информационно-управляющих устройств (ИУ-У) 4, соединенному в свою очередь с устройством ввода новых знаний (УВНЗ) 9.
Блок интеллектуальной поддержки (БИП) 7, выполненный на однопроцессорном или многопроцессорном вычислителе, оснащен блоками ввода информации от систем и устройств комплекса (БВИ) 7.1 (Фиг. 2), прогноза развития ситуаций (БПРОС) 7.2, формирования данных для блока принятия решения (БФД) 7.3, принятия решения (БПР)7.4, хранения логических правил (БХЛП) 7.5, хранения специальной информации (БХСИ) 7.6, формирования сообщений и сигналов управления (БФССУ) 7.7, блоком обратной связи с экипажем (БОСЭ) 7.8, а также блоком имитационных моделей комплекса, объекта и внешней среды (БИМ) 7.9.
Первый вход/выход блока ввода информации от систем и устройств комплекса (БВИ) 7.1 является первым входом/выходом блока интеллектуальной поддержки (БИП) 7 которым он подключен к магистрали информационного обмена комплекса (МИО) 1, ко второму входу/выходу блока ввода информации от систем и устройств (БВИ) 7.1 подключен вход/выход блока имитационных моделей комплекса, объекта и внешней среды (БИМ) 7.9, первый выход блока ввода информации от систем и устройств комплекса (БВИ) 7.1 подключен к входу блока прогноза развития ситуаций (БПРОС) 7.2, а второй его выход -ко второму входу блока формирования данных для блока принятия решения (БФД) 7.3, к первому входу которого подключен выход блока прогноза развития ситуаций (БПРОС) 7.2, а к третьему входу - первый выход блока обратной связи с экипажем (БОСЭ) 7.8, вторым выходом подключенного к входу блока имитационных моделей комплекса, объекта и внешней среды (БИМ) 7.9, выход блока формирования данных для блока принятия решения (БФД) 7.3 подключен к первому входу блока принятия решения (БПР) 7.4, ко второму входу которого подключен выход блока хранения логических правил (БХЛП) 7.5, выход блока принятия решения (БПР) 7.4 подключен к первому входу блока формирования сообщений и сигналов управления (БФССУ) 7.7, ко второму входу которого подключен выход блока хранения специальной информации (БХСИ) 7.6, причем выход блока формирования сообщений и сигналов управления (БФССУ) 7.7 является вторым выходом, вход блока обратной связи с экипажем (БОСЭ) 7.8 является вторым входом блока интеллектуальной поддержки (БИП) 7, подключенным к блоку информационно-управляющих устройств (ИУ-У) 4 комплекса, входы блоков хранения логических правил (БХЛП) 7.5 и хранения специальной информации (БХСИ) 7.6, являясь третьим входом блока интеллектуальной поддержки (БИП) 7, подключены к выходам запоминающего устройства комплекса (ЗУ) 6 и к выходу блока коррекции баз знаний (БКорБЗ) 8.
Блок устройства ввода новых знаний (УВНЗ) 9 выполнен на однопроцессорном или многопроцессорном вычислителе и оснащен устройствами сопряжения вычислителя с линиями связи приема, контроля и выдачи информации, своим первым входом/выходом подключен к блоку информационно-управляющих устройств (ИУ-У) 4 комплекса, вторым выходом - к входу блоку коррекции баз знаний (БКорБЗ) 8, имеет третий вход/выход подключения к внешнему технологическому оборудованию (ВТО) 10.
Информационно-управляющий комплекс с интеллектуальной поддержкой экипажа функционирует следующим образом.
Датчики и системы, входящие в состав блока ИЗМ-У 2 (фиг.1), например, описанные в литературе [1], стр. 8-16, 171-243, 316-317, 325-327, 374-385; [2], [6], [3], стр. 240-490, формируют измерительную текущую информацию о состоянии ЛА, его оборудования и вооружения, а также внешней среды и внешних объектов. Эта информация посредством магистрали МИО 1 (фиг.1) поступает в блок ВУ 5 (фиг.1). Магистраль МИО 1 (фиг.1) может представлять собой описанные, например, в книге [5], стр. 21-24, 394-406, линии связи и информационного обмена по последовательному коду, по параллельному коду, мультиплексные, оптические и др., а также линии передачи аналоговых сигналов.
В блоке ВУ 5 (фиг.1), выполненном на однопроцессорном или многопроцессорном вычислителе, оснащенного устройствами сопряжения вычислителя с линиями связи, приема, контроля и выдачи информации и описанном, например, в книге [5] на стр. 30-31, производится обработка информации различных датчиков и систем блока ИЗМ-У 2 (фиг.1) в соответствии с общим уравнением вида (см., например, [1] (Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991 г.), на стр. 171-178, 189-195, 216-224, 225-229, 236-240, 316-327, 374-385; [3] (Августов Л.И., Бабиченко А.В., Орехов М.И., Сухорукое С.Я., Шкред В.К. Навигация летательных аппаратов в околоземном пространстве / Под ред. Г.И. Джанджгавы // М.: Научтехлитиздат.- 2015), на стр. 240-550):
где
N - многомерный вектор состояния ЛА и его вооружения;
J - многомерный вектор измерительной информации, поступающей от датчиков и систем из состава блока ИЗМ-У 2 (фиг.1);
K - многомерный вектор информации о параметрах внешней среды и объектов, поступающий от датчиков и систем из состава блока ИЗМ-У 2 (фиг.1) и из блока ЗУ 6 (фиг.1), выполненном, например, на программируемом запоминающем устройстве (описанном, например, в книге [5] на стр. 30), где часть этих данных была размещена при подготовке комплекса к работе;
- алгоритм обработки информации.
Также в блоке ВУ 5 (фиг.1) осуществляется формирование многомерного вектора управляющих команд Υ для исполнительных устройств из состава блока ИСП-У 3 (фиг.1) (см., например, [3] (Августов Л.И., Бабиченко А.В., Орехов М.И., Сухоруков С.Я., Шкред В.К. Навигация летательных аппаратов в околоземном пространстве / Под ред. Г.И. Джанджгавы // М: Научтехлитиздат.- 2015), на стр. 550-570; [4] (Синяков А.Н., Шаймарданов Ф.А. Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками. -М: Машиностроение, 1991), на стр. 148-234):
где
Υ - многомерный вектор управляющих команд для исполнительных устройств;
- алгоритм обработки информации, остальные параметры определены выше.
Полученные данные о многомерном векторе N поступают через магистраль МИО 1 (фиг.1) на вход блока ИУ-У 4 (фиг.1), который осуществляет предъявление экипажу визуальной, звуковой или тактильной информации посредством соответствующих устройств, входящих в состав ИУ-У 4 (см., например, [7] (Андриевский Ю.А. Авиационное оборудование. - М.: Воениздат. 1989 г.), на стр. 204-227).
Полученные данные о многомерном векторе Υ поступают через магистраль МИО 1 (фиг.1) на вход блока ИСП-У 3 (фиг.1), который реализует управление ЛА, его оборудованием и вооружением, обеспечивая решение ряда задач управления в автоматическом режиме. В состав блока ИСП-У 3 (фиг.1) входят, например, системы автоматического и дистанционного управления ЛА, система управления оружием, система управления общесамолетным/общевертолетным и специальным оборудованием (гидравлической, топливной, противопожарной, противообледенительной, тормозной и другими системами), система управления силовой установкой ЛА, описанные в литературе, например, [1, 3, 4, 6, 7].
Для обеспечения режима директорного управления данные о векторе Υ поступают через магистраль МИО 1 (фиг.1) на вход блока ИУ-У 4 (фиг.1), который предъявляет их экипажу. Экипаж, следуя директорным меткам и указателям, через органы управления из состава ИУ-У 4 (фиг.1) воздействует на устройства ИСП-У 3 (фиг.1) и обеспечивает выполнение режима. Для обеспечения режима ручного управления данные о векторах N, J, K, Υ поступают через магистраль МИО 1 (фиг.1) на вход блока ИУ-У 4 (фиг.1), который предъявляет их экипажу. Экипаж ЛА анализирует текущую информацию - как предъявляемую средствами комплекса, так и непосредственно воспринимаемую с помощью естественных органов чувств, на основе анализа идентифицирует текущую ситуацию и состояние ЛА и его вооружения, соотносит результат анализа с заданным планом полета, и, руководствуясь личным опытом, эксплуатационными документами, требованиями полетного задания, принимает решение, затем с помощью органов управления блока ИУ-У 4 (фиг.1) осуществляет его выполнение и контролирует результаты.
Для достижения заявленного технического результата данные о многомерных векторах N, J, K, Υ через магистраль МИО 1 (фиг.1) поступают также на вход блока БИП 7 (фиг.1), в котором на основе анализа текущей информации, а также осуществляемого в этом блоке прогноза поведения ЛА и других объектов, и прогнозирования развития возможных полетных ситуаций, формируются конкретные действенные рекомендации для экипажа, нацеленные на безусловное выполнение полетного задания с максимальной эффективностью и безопасностью. При формировании рекомендаций в блоке БИП 7 (фиг.1) по правилам, представляющим собой формализованную запись конкретных экспертных суждений, составляются логические последовательности таких суждений, соответствующие актуальному набору данных. Формирование логических последовательностей осуществляется иерархично: выводы, полученные при применении суждений одного уровня, в качестве новых исходных данных используются при применении суждений следующего уровня. Поиск окончательного вывода завершается при исчерпании всех наличных исходных данных и полученных на их основе промежуточных выводов всех возможных уровней. Результирующими выводами выстроенной последовательности экспертных суждений являются: идентификация складывающейся полетной ситуации и рекомендации по конкретным действиям в них. Идентификация ситуации имеет форму констатирующих утверждений, а рекомендации содержат описания необходимых действий. Эти констатирующие утверждения, идентифицирующие ситуацию, вместе с рекомендациями составляют сообщение экспертной системы.
Сформированные сообщения экспертной системы в виде структуры данных заданного формата поступают через магистраль МИО 1 (фиг.1) в блок ИУ-У 4 (фиг.1), который предъявляет их экипажу. Экипаж может последовать рекомендациям и осуществить ручное вмешательство в управление, обеспечив при этом более быстрое и правильное, учитывающее не только личный опыт, но и хранящиеся в базе знаний знания квалифицированных экспертов, реагирование на развивающуюся особую ситуацию. Экипаж также вправе проигнорировать рекомендации экспертной системы и самостоятельно определить необходимые управляющие воздействия. Тем самым не нарушается преимущественное право экипажа на принятие решений по управлению ЛА.
Более подробно работа блока БИП 7 (фиг.1), структура которого показана на фиг.2, осуществляется следующим образом. Блок БИП 7 (фиг.1) одним входом/выходом подключен к магистрали МИО 1 (фиг.1), посредством которой осуществляет обмен информацией с блоками ИЗМ-У 2, ИУ-У 4, ВУ 5, ИСП-У 3 (фиг.1), подключен также к блоку ИУ-У 4 (фиг.1) и ЗУ 6 (фиг.1). Конкретно, следующие структурные компоненты блока БИП 1 (фиг.1) подключены: к МИО 1 (фиг.1) подключен первый вход/выход блока БВИ 7.1 (фиг.2), к блоку ИУ-У 4 (фиг.1) подключены вход блока БОСЭ 7.8 (фиг.2) и выход блока БФССУ 7.7 (фиг.2), а к блоку БКорБЗ 8 (фиг.1) и ЗУ 6 (фиг.1) подключены блоки БХЛП 7.5 и БХСИ 7.6 (фиг.2).
Работает блок БИП 7 (фиг.1) следующим образом.
M
M
M
Данные о многомерных векторах N, J, K, Υ из МИО 5 (фиг.1) поступают на первый вход/выход блока БВИ 7.1 (фиг.2), на второй вход/выход которого из блока БИМ 7.9 (фиг.2) поступают многомерные векторы N, J и K состояния моделей ЛА, его оборудования и вооружения, внешней среды и объектов, формируемые соответствующими моделями в блоке БИМ 7.9 (фиг.2). Из блока БВИ 7.1 (фиг.2) через первый вход/выход в МИО 1 (фиг.1) выдаются признаки приема данных и другая служебная информация, а через второй вход/выход в блок БИМ 7.9 (фиг.2) передается информация о принятых из МИО 1 (фиг.1) значениях многомерных векторов N, J, K, Y. В блоке БВИ 7.1 (фиг.2) собранная информация сортируется по функциональным группам, соответствующим различным полетным ситуациям, режимам и объектам, после чего сгруппированные данные передается на входы блоков БФД 7.3 и БПРОС 7.2 (фиг.2).
M
M
M
В блоке БПРОС 7.2 (фиг.2) на основе принятых текущих данных - как измеренных и рассчитанных значений многомерных векторов N, J, K, Y, так и их расчетных моделей N, J и K - осуществляется прогнозирование развития полетных ситуаций. Прогнозирование осуществляется одновременно для всех возможных ситуаций, причем возможность тех или иных ситуаций определяется в зависимости от того, в какие области значений попадают элементы принимаемых многомерных векторов. Прогнозирование осуществляется путем численного решения уравнений, связывающих параметры, описывающие модель полетной ситуации в общем виде
где
{А} - выборка из многомерного вектора А;
i
S - параметры состояния, которыми описывается i-ая особая полетная ситуация;
t - время;
- алгоритм обработки информации для формирования прогнозируемого значения вектора состояния.
OCi
OCi
OCi
i
При решении уравнения (3) параметр t меняется от текущего значения в сторону увеличения, т.е. для будущих моментов времени вплоть до момента T наступления i-той особой ситуации. Если прогнозируемая величина T имеет конечную величину, то осуществляется расчет нескольких специальных временных рубежей до ее наступления, соответствующих нескольким интервалам времени прогнозируемого полета: интервал безопасный, когда до прогнозируемого момента наступления ситуации достаточно далеко и можно не предпринимать дополнительных к выполняемым действий, интервал предупреждающий, когда прогнозируемый момент наступления ситуации приближается и для парирования ситуации достаточно выполнения необязательных дополнительных мягких действий, интервал опасности, когда наступление особой ситуации при существующих параметрах становится неизбежным и для ее парирования необходимо выполнение обязательных дополнительных действий, интервал особой опасности, когда для парирования особой ситуации нужны немедленные самые энергичные действия. Величины Т и значения рубежей также включены в состав текущего вектора S(t). Данные, формируемые в блоке БПРОС 7.2 (фиг.2) поступают на вход блока БФД 7.3 (фиг.2).
В блоке БФД 7.3 (фиг.2) на основе данных, поступающих из блоков БВИ 7.1 (фиг.2), БПРОС 7.2 (фиг.2), БОСЭ 7.8 (фиг.2) осуществляется формирование пакетов входных данных для блока БПР 7.4 (фиг.2), в котором осуществляется непосредственное построение логических последовательностей суждений. Логика действий блока БПР 7.4 (фиг.2) описана выше, при описании работы блока БИП 7 (фиг.1). При этом правила, представляющие собой формализованную запись конкретных экспертных суждений, из которых в блоке БПР 7.4 (фиг.2) составляются логические последовательности, поступают в БПР 7.4 (фиг.2) из блока БХЛП 7.5 (фиг.2), в котором они хранятся в виде специально структурированной по тематическим разделам области памяти. Результатом работы блока БПР 7.4 (фиг.2) является идентификатор сообщения экспертной системы, которое должно быть сформировано и предъявлено экипажу. Идентификатор сообщения включает в себя идентификаторы ситуации и конкретных рекомендуемых экипажу действий. Идентификатор сообщения из блока БПР 7.4 (фиг.2) поступает на вход блока БФССУ 7.7 (фиг.2), на другой вход которого из блока БХСИ 7.6 (фиг.2) поступают фрагменты сообщений, которые хранятся в этом блоке в виде специального словаря. В блоке БФССУ 7.7. (фиг.2) осуществляется окончательный синтез сообщения для экипажа, предъявляемого экипажу в текстовом, графическом, световом или речевом виде. Синтез осуществляется в соответствии с поступившим из БПР 7.4. (фиг.2) идентификатором из фрагментов, поступающих из БХСИ 7.6 (фиг.2). С выхода БФССУ 7.7 (фиг.2) сообщения экспертной системы поступают на вход блока ИУ-У 4 (фиг.1) - как посредством магистрали МИО 1 (фиг.1), так и посредством прямой линии связи между блоками БИП 7 (фиг.1) и ИУ-У 4 (фиг.1). Использование двух линий связи повышает надежность передачи рекомендаций и обеспечивает работоспособность контура интеллектуальной поддержки экипажа даже в случае отказа некоторых из основных компонентов ИУK, а именно: МИО 1 и ВУ 5 (фиг.1).
Хранящиеся в блоках БХЛП 7.5 (фиг.2) и БХСИ 7.6 (фиг.2) пакеты данных о правилах и фрагментах сообщений загружаются в них из общего ЗУ 6 (фиг.1) по специальной линии связи, введение которой повышает надежность хранения этих данных и разгружает основную магистраль МИО 1 (фиг.1).
Для поддержания в актуальном состоянии экспертных знаний, используемых при синтезе сообщений экипажу, обеспечения оперативного и систематического учета накапливаемого опыта эксплуатации и расширения функциональных возможностей комплекса, в состав ИУК введены блоки БКорБЗ 8 и УВНЗ 9 (фиг.1), а в работе ИУК предусматривается технологический режим.
Блок УВНЗ 9 (фиг.1) осуществляет ввод новых знаний для расширения функциональных возможностей комплекс, оперативного или систематического учета накопленного опыта эксплуатации. Ввод информации может осуществляться как посредством устройств ввода информации из состава блока ИУ-У 4 (фиг.1), так и извне посредством технологической линии связи или технологического носителя информации, подключаемого к блоку УВНЗ 9 (фиг.1) и обозначенного как ВТО 10 (фиг.1). Вводимая информация от блока УВНЗ 9 (фиг.1) поступает в блок БКорБЗ 8 (фиг.1).
Блок БКорБЗ 8 (фиг.1) осуществляет обработку вводимых посредством УВНЗ новых знаний о характеристиках объектов, логиках реагирования на ситуации и моделях развития ситуаций, с помощью специальных шаблонов записи вводимой информации синтезирует новые логические правила и фрагменты сообщений, а также осуществляет корректировку существующих логических правил и фрагментов сообщений, записанных в блоках БХЛП 7.5 (фиг.2) и БХСИ 7.6 (фиг.2). Новые и откорректированные логические правила и фрагменты сообщений в технологическом режиме записываются: для оперативной корректировки - в блоки БХЛП 7.5 (фиг.2) и БХСИ 7.6 (фиг.2) соответственно, для долговременной корректировки - также в блок ЗУ 6 (фиг.1).
ЛИТЕРАТУРА
1. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991 г.
2. Патент №. 2232376 (РФ), МПК G01C 23/00. Информационно-управляющий комплекс многофункциональных летательных аппаратов - Заявлено 25.09.03; Опубл. 10.07.04, Бюл. №19.
3. Августов Л.И., Бабиченко А.В., Орехов М.И., Сухорукое С.Я., Шкред В.К. Навигация летательных аппаратов в околоземном пространстве / Под ред. Г.И. Джанджгавы // М.: Научтехлитиздат.- 2015. - 592 с.
4. Синяков А.Н., Шаймарданов Ф.А. Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками. - М.: Машиностроение, 1991. - 320 с.
5. Преснухин Л.Н., Нестеров П.В. Цифровые вычислительные машины. - М.: Высшая школа, 1981 г. - 511 с.
6. Дорофеев С.С. Авиационные приборы. Учебное пособие. - М.: Воениздат, 1992. - 495 с.
7. Андриевский Ю.А. Авиационное оборудование. - М.: Воениздат. 1989. - 248 с.