СПОСОБ АДАПТИВНО-МАРШРУТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПИЛОТИРУЕМЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
METHOD FOR ADAPTIVE-ROUTE CONTROL OF MANNED AIRCRAFT

Изобретение относится к автоматизированным системам управления и может быть использовано в интересах повышения эффективности преодоления пилотируемым летательным аппаратом (ЛА) зоны огня наземных средств противовоздушной обороны.
В настоящее время в ходе широкомасштабных боевых действий в районах боевого соприкосновения предполагается создавать многослойную, практически сплошную зону огня зенитных ракетных комплексов (ЗРК) с многократным перекрытием. В ходе локальных конфликтов предполагается создавать несплошную зону огня ЗРК очагового характера. Таким образом, в ходе боевых действий при выполнении летательными аппаратами ударных и истребительных задач должно учитываться серьезное противодействие со стороны зенитных ракетных средств противовоздушной обороны.
Одним из наиболее распространенных способов снижения эффективности средств противовоздушной обороны является использование маневров летательного аппарата для срыва режима наведения и увеличения промаха зенитных управляемых ракет. Известен способ использования горизонтального маневра беспилотного летательного аппарата с целью нарушения устойчивости самонаведения управляемого средства поражения (ракеты) на летательный аппарат для заданных условий сближения этих объектов (Способ уклонения летательного аппарата от управляемых средств поражения. Заявка на изобретение №2002124531/11 от 16.09.2002. B64C 13/18, F42B 15/01, G05D 1/08, G05D 1/10). Авторами заявки для достижения полезного эффекта предложены формульные выражения расчета сигнала управления летательным аппаратом в горизонтальной плоскости. Однако реализация данного способа затруднена ввиду необходимости оперативного обнаружения старта зенитной управляемой ракеты, выявления ее типа и цели, обстрел которой ведется в данный момент, и расчета параметров маневра уклонения. Кроме того, предположенный маневр не всегда может быть применен для пилотируемых летательных аппаратов в силу необходимости длительного применения тангенциальных ускорений.
Аналогом предлагаемого способа является также известный способ реализации специального маневра, исключающего возможность экстраполяции параметров траектории летательного аппарата (Способ уменьшения вероятности поражения летательного аппарата средствами противовоздушной обороны. Заявка на изобретение №95101418/02 от 25.01.1995. F41H 13/00). Предложенный маневр объединяет в себе совокупность взаимно перемещающихся в узлах восьмерок, при этом летательный аппарат совершает полет по виткам спирали в плоскости, перпендикулярной направлению полета. Переход с одной восьмерки на другую осуществляется случайным образом. Применение данного способа обеспечит снижение вероятности поражения летательного аппарата средствами противовоздушной обороны, однако при этом существенно уменьшается тактический радиус ЛА и вероятность перехвата им воздушных целей в связи со значительным временем маневрирования и высоким расходом топлива. Таким образом, область применения изложенных способов для ЛА, выполняющих ударные и истребительные задачи в зоне действия зенитных ракетных средств противовоздушной обороны противника, значительно ограничена.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ оптимального обхода грозы, реализующий широко практикуемый в авиации обход летательными аппаратами опасных зон (Способ оптимального обхода грозы. Заявка на изобретение №2005137946/09 от 06.12.2005. G01S 13/95 (Прототип)).
Известный способ (фиг.1) содержит прием и обработку сигналов молниевых разрядов 1, вычисление по ним координат молний 2, идентификацию их принадлежности к определенной грозе 3, вычисление текущих координат центров гроз с учетом движения и маневров летательного аппарата 4, измерение параметров его координат и скорости 5, а также индицирование информации о пространственном распределении молниевых разрядов 6, необходимой для пилотирования летательного аппарата при обходе грозы, и отличается процедурой определения границ области грозовой активности 7, в ходе которой радиус текущей молниевой зоны в процессе сближения летательного аппарата с грозой формируют таким образом, чтобы к началу обхода грозы по границе этой зоны за все предыдущее время сближения с грозой ни одна идентифицированная молния не наблюдалась за пределами границы ретроспективно интерполированной молниевой зоны, и не менее одной молнии находилось на ее границе, которая является кратчайшим путем обхода грозы при безопасности, определяемой количественно вероятностью попадания летательного аппарата во время обхода грозы в околомолниевое пространство, не выше априори заданной величины.
К числу недостатков способа оптимального обхода грозы (прототип) следует отнести:
- необходимость длительного накопления информации по пространственным характеристикам молниевой зоны;
- отсутствие возможности заблаговременно (то есть до старта летательного аппарата) сформировать маршрут с учетом маневра обхода опасной зоны;
- непредсказуемость временной динамики изменения границ области грозовой активности, обусловливающую сложность накопления репрезентативной статистики, необходимой для надежного определения границ опасной зоны.
Данные недостатки не позволяют использовать способ оптимального обхода грозы при обходе опасных зон в ходе преодоления ЛА системы противовоздушной обороны.
Отмеченные недостатки устранены в заявляемом способе.
Задачей настоящего изобретения является снижение вероятности поражения пилотируемого летательного аппарата за счет обхода зон поражения зенитных ракетных комплексов противовоздушной обороны.
Предлагаемый адаптивно-маршрутный способ управления ЛА включает в себя полную совокупность действий наземной системы управления, обеспечивающей полет по маршруту, рассчитанному исходя из условия выполнения боевого задания при минимальной вероятности поражения. Основу для достижения положительного эффекта создает априорно известная дислокация средств противовоздушной обороны в районе предполагаемых боевых действий. Каждое из зенитных ракетных средств обладает определенными характеристиками, на основании которых может быть оценено пространственное распределение плотности вероятности поражения летательных аппаратов. Наиболее сложной является реализация адаптивно-маршрутного способа управления при выполнении задачи перехвата воздушной цели. Это обусловлено необходимостью одновременного сближения с воздушной целью, выполнения маневра обхода зон поражения и получения тактического преимущества при входе в зону применения оружия. Каждая из перечисленных частных задач является типовой штурманской задачей, в процессе многолетней практики были отработаны конструктивные подходы к их неавтоматизированному решению. Однако одновременное решение перечисленных задач в условиях жестких временных ограничений может быть получено только при использовании высокопроизводительных средств автоматизации.
В качестве показателя опасности полета ЛА по маршруту L целесообразно использовать вероятность поражения P(L), оценки значения которой, исходя из статистической независимости событий поражения летательного аппарата наземными средствами противовоздушной обороны, могут быть получены в следующем виде:
где P(L) - вероятность поражения ЛА группировкой зенитных ракетных комплексов при полете по маршруту L. Далее по тексту P(L) будем называть «показателем опасности маршрута L»;
n - количество участков маршрута L;
k
p - плотность вероятности поражения ЛА на k-м участке маршрута;
m - количество зенитных ракетных комплексов;
- плотность вероятности поражения ЛА s-м зенитным ракетным комплексом на k-м участке маршрута полета L.
Ограниченность размеров зон поражения зенитными ракетами летательных аппаратов, связанная с наличием порога дальности стрельбы для зенитных ракетных комплексов, и разнесенность ограниченного числа средств противовоздушной обороны по территории, общепринятая для использования в условиях мирного времени, обусловливают неравномерность пространственного распределения плотности вероятности поражения воздушных объектов. Это создает предпосылки к адаптации маршрута полета пилотируемого ЛА к реальной дислокации средств ПВО противника в ходе спонтанно возникшего локального конфликта.
Основу предлагаемого способа адаптивно-маршрутного управления составляют блоки расчета маршрута полета и контроля выполнения полетного задания.
Рассмотрим основные соотношения, используемые для расчета маршрута, при плоской траектории полета, т.е. при отсутствии изменений высоты полета. Кроме того, будем считать, что начало системы координат совпадает с началом полета ЛА, а ось OX проходит через точку расположения цели. Данные ограничения сделаны для устранения избыточной громоздкости формул и упрощения используемой системы индексации. При этом ограничения не имеют принципиального характера, а все последующие выкладки могут быть распространены на любую геометрию задачи и пересчитаны для произвольно расположенной системы координат.
Исходными данными для расчета маршрута являются:
s
s
s
s
1. Множество (S) данных о типаже (f), дислокации (x, y) и распределении плотности вероятности поражения ЛА (q(x,y)) зенитных ракетных комплексов, входящих в состав группировки наземных средств ПВО противника:
0
0
2. Координаты начала маршрута полета (x=0, y=0).
c
c
1
c
1
1
3. Множество (C) данных о типе цели (w), координатах (x(t), y(t)) и скорости ее полета  при t:
Для начала выполним расчет маршрута ЛА при выполнении ударной задачи, то есть для условий:
Проведем дискретизацию области построения маршрута - разобьем ее на одинаковые прямоугольные области размером Δx×Δy. Выбор размеров Δx и Δy проводится исходя из условия обеспечения пренебрежимо малого изменения плотности вероятности поражения ЛА в пределах дискрета. Маршрут полета будем аппроксимировать в виде непрерывной ломаной кривой из n прямых отрезков, соединяющих между собой пары расчетных точек, в качестве которых будем использовать центры выбранных дискретов.
Координаты конечной точки первого участка (первого излома или узла) кривой определим как координаты одного из центров пяти соседних дискретов, в котором плотность вероятности поражения достигает минимального значения:
Возможны случаи неединственного решения уравнения (3), наиболее характерна эта ситуация для участков в начале маршрута и на большом удалении от зон поражения ЗРК. Пусть для определенности их будет три:
где  - координаты одного из центров соседних дискретов, являющихся решением параметрического уравнения (3).
Для выбора наиболее рационального решения выполним лексикографическое упорядочение (ранжирование) возможных альтернатив (4) в соответствии со значениями следующих геометрических характеристик:
угол между прямыми, одна из которых проходит через конечную точку первого участка и конечную точку маршрута, а вторая - через начальную и конечную точки маршрута;
удаление конечной точки первого участка от конечной точки маршрута;
протяженность первого участка маршрута.
С этой целью последовательно используются следующие критерии:
1
1
Результатом проведенных вычислений являются характеристики первого участка маршрута - координаты конечной точки (x,y), показатель опасности полета  и длина пути .
Для определения координат конечной точки каждого k-го участка маршрута будут аналогично сравниваться значения плотности вероятности поражения в центрах пяти соседних дискретов, координаты которых имеют вид:
где  - координаты начальной точки k-го участка и конечной точки (k-1)-го участка маршрута.
В качестве конечной точки k-го участка определим центр того дискрета, плотность вероятности поражения ЛА в котором достигает минимума - :
Необходимым и достаточным условием определения координат конечной точки k-го участка является нахождение единственного решения уравнения (7). При наличии g решений уравнения (7) для выбора наиболее оптимального решения необходимо выполнить лексикографическое упорядочивание (ранжирование) возможных альтернатив  при последовательном применении следующих критериев:
Данную процедуру выполним для каждого из n прямолинейных отрезков, совокупностью которых будем аппроксимировать маршрут полета.
k
k
k
k
Таким образом, в результате проведенных процедур будут определены элементы прямоугольной матрицы, содержащей координаты последних точек участков маршрута (x,y), плотность вероятности поражения в этих точках (p), а также длину участка маршрута (l). На основании данной информации рассчитываются общие характеристики маршрута, такие как показатель опасности P(L) и общая протяженность l:
0
0
0
-1
-l
-l
По завершении расчетов общих характеристик маршрута проводится их сопоставление с предельными значениями. При превышении показателем опасности полета порогового значения P производится расчет маршрута при обратном пошаговом проходе - от точки расположения цели к начальной точке маршрута. Для этого используется алгоритм (3-6) при соответствующем преобразовании системы координат. Полученная в результате величина (P(L)) также сравнивается с пороговой величиной, и маршрут, рассчитанный при обратном пошаговом проходе, используется в качестве основного при P(L)<P. В противном случае (т.е. при P(L)>P) задаче присваивается категория «Особо опасное задание», которая должна быть учтена при планировании боевых действий.
пред
пред
А в случае l>l проводится повторный расчет маршрута с измененным условием обтекания опасной зоны, при котором в число возможных вариантов расположения конечной точки каждого k-го участка маршрута включают координаты тех центров дискретов, в которых плотность вероятности поражения отличается от  не более чем на величину ε, возрастающую в каждой последующей итерации. Цикл вычислений заканчивается при нахождении маршрута L с длиной l<l, после чего формируется полетное задание.
В результате данного подхода уменьшается длина обхода зоны поражения, что проведет к увеличению опасности полета. Таким образом, предложенный способ может быть применен и при необходимости выполнения задания любой ценой, которая может быть обусловлена объективными обстоятельствами. Однако и в этих условиях способ адаптивно-маршрутного управления обеспечивает расчет минимально достижимого уровня опасности задания.
Методика построения оптимального маршрута ЛА для случая перехвата воздушной цели, в отличие от изложенного выше для случая ударной задачи, должна содержать выбор алгоритма сближения с воздушной целью, расчет маршрута сближения с целью, алгоритм ограничения области построения допустимых маршрутов и построение маршрута, минимизирующего опасность полета.
Выбор алгоритма перехвата воздушной цели состоит в определении функции r(t), которая обеспечивает выполнение неравенства
где:
- векторы, определяющие временную зависимость координат ЛА и цели, соответственно, в заданной системе координат;
- векторы, определяющие временную зависимость скорости полета ЛА и цели в заданной системе координат;
t - длительность преследования цели;
Δr - размер области применения бортовых управляемых ракет по цели;
0
τ - предельная длительность преследования цели.
Решение системы дифференциальных уравнений (10) в виде  может быть получено только при введении дополнительных условий, в качестве которых, например, при неавтоматизированной прокладке маршрута перехвата, используются явный вид функции
<mrow><mover><mrow><msubsup><mi>r</mi><mi>c</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow><mo>→</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
и заданный алгоритм перехвата воздушной цели. Опираясь на многолетний опыт штурманских решений, будем использовать следующие упрощения:
<mrow><mover><mrow><msubsup><mi>r</mi><mi>c</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow><mo>→</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>≡</mo><mover><mrow><msubsup><mi>r</mi><mi>c</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow><mo>→</mo></mover><mo stretchy="false">(</mo><mn>0</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1. Движение цели экстраполируется в виде прямолинейного полета с постоянной скоростью
;
2. Для сближения с целью ЛА использует один из классических алгоритмов: параллельного сближения, погони, перехвата, маневра или трехточки.
Выбор алгоритма преследования практически всегда является неоднозначным. Так, исходя из условий помехоустойчивости и простоты реализации, приоритет при решении задач близкого типа имеет выбор метода параллельного сближения, далее по степени убывания идут методы погони, перехвата, маневра и трехточки. По условиям повышения точности наведения, снижения нормальных ускорений и вероятности ошибки, а также гладкости траектории на первом месте стоит метод погони, а затем следуют методы перехвата, маневра и трехточки. Изложенный перечень методов и их приоритеты могут быть использованы в качестве основы при выборе метода преследования в рамках предлагаемого способа.
Использование гипотезы о равномерном и прямолинейном полете цели, которая может быть и пилотируемым объектом, обусловливает возможность появления непредсказуемых ошибок наведения. В этой связи в процессе преследования необходимо проводить периодическую проверку точности экстраполяции координат цели по данным информационных средств, а также соответствующую коррекцию маршрута сближения при обнаружении критической величины ошибки. Таким образом, реализация предлагаемого адаптивно-маршрутного способа управления в виде итерационной процедуры, выполняемой с момента начала выполнения полетного задания вплоть до входа ЛА в зону применения оружия, может обеспечить компенсацию возможных неточностей исходных данных, использованных для расчета маршрута, а также фиксацию моментов завершения соответствующих этапов полета.
В процессе сближения с воздушной целью ЛА имеет крайне ограниченные возможности по обходу зон поражения наземных средств противовоздушной обороны. Более значительная свобода маневра может появиться при наличии на борту ракет типа «воздух-воздух» дальнего действия. На основании этого будем считать, что все маршруты, не приводящие к нарушению временного баланса сближения с целью, должны принадлежать ограниченной пространственной области. Продольной осью области является криволинейный маршрут перехвата , рассчитанный на основе гипотезы о последующем прямолинейном полете цели с постоянной скоростью, а радиус сечения соответствует максимальному радиусу пуска авиационных управляемых ракет. Тогда для построения оптимального маршрута перехвата, основанного на использовании алгоритма (3-8), необходимо определить границы области построения возможных маршрутов и перейти в криволинейную систему координат, в которой ось OX будет совпадать с кривой , а начало координат будет находиться в точке . Последующие действия полностью совпадают с описанными ранее при адаптивно-маршрутном управлении в ходе выполнения ударной задачи.
Выполнение ограничений по протяженности маршрута является критерием для завершения расчета маршрута полета ЛА.
После этого происходит формирование полетного задания, содержащего в формализованном виде результаты выполнения следующих процедур:
- сглаживания ломаной линии, аппроксимирующей маршрут полета и рассчитанной для обеспечения минимальной вероятности поражения ЛА при полете в зоне действия зенитных ракетных комплексов с учетом ограничения протяженности маршрута. Процедура сглаживания проводится на основе полиномиальной аппроксимации маршрута и предназначена для снижения нормальных ускорений и уменьшения нагрузки летчика при управлении ЛА;
- преобразования маршрута в совокупность координат поворотных пунктов для ввода в бортовой комплекс управления.
Кроме того, полетное задание в формализованном виде должно содержать структурированный массив данных, включающий набор показателей по району проведения полетов и существующей тактической обстановке, а также содержанию решаемой боевой задачи.
В процессе полета ЛА проводится контроль выполнения полетного задания с целью адаптации к возможным неточностям исходных данных, использованных для расчета маршрута, а также с целью фиксации моментов завершения соответствующих этапов полета. Для этого проводится совместная обработка данных полетного задания и актуальных данных, полученных информационными средствами. Контроль включает периодическую проверку наличия изменений типажа и дислокации зенитных ракетных комплексов, а также оценку ошибки прогноза координат цели, отклонения ЛА от расчетного маршрута и расстояния до конечной точки. Период проведения проверок определяется наличием запросов и возможностями информационных средств.
Необходимость проверки изменения типажа и дислокации зенитных ракетных комплексов связана с возможной неточностью или неполнотой использованных ранее исходных данных, а также с возможным перемещением мобильных средств ПВО. Проверка состоит в попарном сопоставлении элементов двух множеств, одно из которых составляют исходные данные по группировке средств противовоздушной обороны, использованные при расчете маршрута полета ЛА, а второе - содержит более актуальные данные различных видов разведки по реальному составу и по координатам зенитных ракетных комплексов, дислоцированных в районе проведения полетов. При обнаружении несовпадения элементов множеств вводятся соответствующие изменения в состав исходных данных, по которым далее проводится расчет маршрута в соответствии с изложенной выше методикой.
Оценка ошибки прогноза координат цели связана с использованием экстраполяции динамики движения воздушной цели, с ошибками определения исходных координат или возможными перемещениями наземных объектов. При выявлении несовпадения прогнозируемых и измеренных координат, превышающего пороговую величину, в состав исходных данных вводятся новые пространственно-временные координаты цели, для которых далее проводится повторный расчет маршрута полета ЛА.
Оценка отклонения ЛА от расчетного маршрута проводится в интересах исправления возможных ошибок пилотирования или обеспечения возможности последующего адаптивно-маршрутного управления при решении летчика или офицера боевого управления о выборе другого маршрута. При обнаружении отклонения, превышающего пороговую величину, проводится, как и в предыдущих процедурах проверки, повторный расчет маршрута полета ЛА.
По результатам повторного расчета маршрута проводится корректировка полетного задания.
Оценка расстояния до конечной точки выполняется в интересах заблаговременной подготовки маршрута для последующего этапа полета. Под конечной точкой маршрута при полете к цели понимается точка предполагаемой встречи (для истребительной задачи) или точка местонахождения цели (для ударной задачи), а при обратном полете - контрольная точка аэродрома посадки. Условием начала подготовки последующего этапа полета является пересечение границы области применения оружия или границы ближней зоны аэродрома посадки соответственно. В случае если расстояние до конечной точки превышает пороговое значение, то делается запрос на актуализацию данных по району полетов. Если расстояние меньше порогового значения, то в случае полета к цели реализуется режим автономной атаки цели, а в случае полета к аэродрому посадки ЛА переходит под управление руководителя полетов и готовится к посадке.
Учитывая, что в ходе одного боевого вылета ЛА чаще всего приходится дважды пересекать зону действия средств противовоздушной обороны, предлагаемый способ управления должен также осуществляться в процессе полета ЛА к аэродрому посадки. При этом маршрут, соединяющий район выхода ЛА из атаки с районом входа в ближнюю зону аэродрома, рассчитывается аналогично маршруту для ударной задачи, а основными соотношениями являются выражения (3)-(10). Исходными данными для расчетов являются координаты выхода из атаки (начало маршрута), координаты аэродрома посадки (конец маршрута) и информация о тактической обстановке в районе полетов. Дополнительные сложности составляет громоздкая процедура пересчета координатной информации к виду, использованному ранее при расчете маршрута полета к цели.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Способ адаптивно-маршрутного управления осуществляется в ходе подготовки (планирования) и в процессе ведения боевых действий пилотируемыми летательными аппаратами.
На этапе планирования боевых действий применение предлагаемого способа обеспечивает расчет маршрута полета и формирование полетного задания для выполнения ударной или истребительной задачи. При этом выполняется автоматизированная обработка информации о тактической обстановке в районе полетов и о характеристиках намеченных целей.
В процессе ведения боевых действий ЛА предлагаемый способ реализует контроль выполнения полетного задания, целью которого является снижение ошибок наведения и фиксация моментов завершения этапов полета. При этом выполняется совместная автоматизированная обработка данных полетного задания, разработанного на этапе планирования, и актуальных данных, периодически получаемых от информационных средств.
Реализация предлагаемого способа включает выполнение следующей последовательности действий (фиг.2).
Выполняется ввод исходных данных 1, в состав которых входят состав и дислокация зенитных ракетных средств противовоздушной обороны противника, а также тип и характеристики целей. Проводится определение типа цели 2, что обусловливает содержание и последовательность выполнения последующих процедур.
В случае когда цель является наземным объектом, на основе результатов обработки исходных данных выполняется процедура определения границ области построения маршрута 3.
В случае если намеченная цель является воздушным объектом, выполняется процедура экстраполяции маршрута цели 4 на основе гипотезы о прямолинейном полете с постоянной скоростью. Результаты оценок служат основой для проведения процедуры выбора алгоритма преследования цели 5. Далее выполняется процедура расчета границ области построения маршрутов ЛА 6, представляющей собой круговой цилиндр, осью которого служит криволинейный маршрут, реализующий выбранный ранее алгоритм перехвата, а радиус горизонтального сечения составляет около 70% предельной дальности применения ракет «воздух-воздух». На основании информации о типе воздушной цели и данных о ее бортовом вооружении проводится процедура оценки условий получения тактического преимущества при атаке воздушной цели 7. Результатом проведенной обработки данных является полный набор пространственно-временных характеристик области построения маршрута при выполнении истребительной задачи.
Результаты, полученные при выполнении процедуры определения границ района полетов 3 и процедуры оценки условий получения тактического преимущества 7, используются для проведения процедуры разбиения области построения маршрута на прямоугольные фрагменты 8, а затем процедуры вычисления для каждого из фрагментов вероятности поражения ЛА зенитными ракетами 9. В соответствии с представленным алгоритмом (выражения (3)-(8)) далее выполняется процедура пошагового выбора участков маршрута 10, результатом которой является наполнение матрицы размером 4×N, содержащей координаты точек излома и значения вероятности поражения на k-м участке полета (или дискрете) и длины пути между центрами (k-1)-го и k-го участков. На этой основе проводится процедура расчета показателей маршрута 11, таких как общая опасность полета по маршруту и количество топлива, необходимого для полета, а также процедура проверки выполнения граничных условий 12. При невыполнении хотя бы одного из неравенств (9) должна быть выполнена процедура изменения условий построения маршрута 13. При этом по выбору оператора вводится инверсный порядок прохождения участков маршрута (то есть от конечной точки к его началу) или дополнительное условие для расширения числа альтернатив на каждом участке маршрута, заданное выражением (11). После чего повторно выполняется последовательность процедур пошагового выбора участков маршрута 10, расчета общих характеристик маршрута 11 и проверки выполнения граничных условий 12. Этот цикл повторяется при переборе различных изменений в условиях построения маршрута, вплоть до обеспечения выполнения граничных условий, после чего выполняется процедура формирования (корректировки) полетного задания 14. По выполнении изложенной совокупности процедур проводятся организационно-технические мероприятия по планированию боевой работы и по подготовке выполнения поставленных задач.
После взлета ЛА и в процессе последующего его полета при получении обновленных данных по тактической обстановке в районе полетов выполняется процедура ввода актуальных данных 15. Далее проводится процедура проверки изменения типажа и дислокации зенитных ракетных комплексов 16, состоящая в сопоставлении данных, использованных ранее при формировании полетного задания, с актуальными данными. При обнаружении изменений состава и/или дислокации средств противовоздушной обороны выполняется процедура ввода скорректированных исходных данных 1, после чего повторяется последовательность выполнения процедур со 2 по 14 в порядке, изложенном выше. Результатом выполнения является коррекция полетного задания, сформированного ранее, с целью учета обнаруженных изменений в группировке средств противовоздушной обороны. В ходе дальнейшего полета ЛА после получения актуальных данных вновь выполняются процедуры ввода актуальных данных 15 и проверки изменений типажа и дислокации зенитных ракетных комплексов 16. При этом повторно проверяется адекватность состава и дислокации огневых средств противовоздушной обороны, учтенных в скорректированном полетном задании, их реальному состоянию. При выявлении неточности учета средств противовоздушной обороны далее повторно проводятся процедуры с 1 по 16, вплоть до обеспечения необходимой точности учета данных по тактической обстановке.
Если по результатам процедуры проверки изменений типажа и дислокации зенитных ракетных комплексов 16 выявлена достаточная полнота и точность учета типажа и дислокации средств противовоздушной обороны, то далее проводится процедура оценки ошибки прогноза координат цели 17. При этом сопоставляются координаты цели, полученные ранее или, в случае выполнения задачи перехвата, экстраполированные на момент получения актуальных данных, и координаты цели, измеренные информационными средствами. Если ошибка превышает пороговую величину, то далее выполняется последовательность процедур с 1 по 14 в порядке, изложенном выше. Результатом обработки будет коррекция полетного задания для учета выявленного изменения координат цели. В ходе дальнейшего полета ЛА после получения актуальных данных вновь выполняются процедуры ввода актуальных данных 15, проверки изменений типажа и дислокации зенитных ракетных комплексов 16, а также оценки ошибки прогноза координат цели 17. При неточности прогноза координат цели далее повторно проводятся процедуры с 1 по 17, вплоть до обеспечения необходимой точности.
Если ошибка координат при выполнении процедуры 17 не превышает порогового значения, то далее выполняется процедура оценки отклонения ЛА от маршрута 18. При этом сопоставляются реальные координаты ЛА, измеренные информационными средствами, и предполагаемые координаты ЛА, рассчитанные на момент проведения измерений для условий точного выполнения полетного задания. В зависимости от величины отклонения ЛА от расчетного маршрута могут быть использованы следующие сценарии выполнения последующих действий.
Если отклонение превышает пороговое значение, то проводится корректировка полетного задания с учетом реального положения ЛА в момент проведения измерений. С этой целью проводится повторное выполнение процедур с 1 по 17 в порядке, изложенном выше, с учетом реального положения ЛА. Если в процессе выполнения скорректированного полетного задания при выполнении процедуры 18 повторно будет обнаружено отклонение, превышающее пороговое значение, то цикл выполнения процедур 1-17 будет продолжен вплоть до снижения отклонения до величины, не превышающей пороговое значение.
Если при проведении процедуры 18 будет обнаружено отклонение ЛА от расчетного маршрута, не превышающее пороговое значение, то проводится следующая процедура оценки расстояния до конечной точки маршрута 19. Если расстояние от точки реального нахождения ЛА до цели по данным информационных средств превышает заданный порог, то выполняется процедура формирования запроса 20 на обновление информации по группировке зенитных ракетных комплексов, а также текущих координат цели и ЛА.
При обнаружении пересечения ЛА границы области применения управляемых ракет «воздух-воздух» происходит выполнение процедуры подготовки данных для расчета маршрута возвращения 21, в рамках которой осуществляется приведение координатной информации к виду, использованному ранее при расчете маршрута полета к цели. Сформированные данные используются при выполнении последовательности процедур с 3 по 13, основу которых составляют выражения (2)-(8). Результаты расчетов далее используются в процедуре формирования полетного задания 14 и передаются на борт ЛА.
В процессе последующего полета проводится контроль выполнения полетного задания, состоящий в последовательном выполнении процедур с 15 по 20, порядок выполнения которых описан выше.
Общим результатом применения способа адаптивно-маршрутного управления ЛА является снижение вероятности поражения его зенитными ракетными комплексами при выполнении истребительной или ударной задачи. Наиболее значительная величина положительного эффекта применения предлагаемого способа достигается при условии очагового характера построения противовоздушной обороны противника в районе полетов.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления способа адаптивно-маршрутного управления пилотируемым летательным аппаратом
В качестве условий для осуществления предлагаемого способа необходимо создание следующих внутренних и внешних предпосылок:
- разработка специального программного обеспечения, обеспечивающего автоматизированное выполнение всей последовательности процедур, изложенной выше, на этапах планирования (подготовки) и ведения боевых действий;
- разработка высокопроизводительного вычислительного комплекса, обеспечивающего проведение расчетов в реальных условиях высокой динамики тактической обстановки.
По имеющимся данным производительность комплекса должна не менее чем на 4-8 порядков превышать производительность современного компьютера с типовой комплектацией. Исходя из особенностей применения способа адаптивно-маршрутного управления необходимо также обеспечить высокую надежность (отказоустойчивость) вычислительного комплекса. Наиболее подходящей технологией, обеспечивающей наиболее низкобюджетную реализацию изложенных требования, является кластеризация вычислительных ресурсов распределенной группы серверов. На этой основе создаются мощные вычислительные комплексы (кластеры), производительность которых может наращиваться в очень широких пределах, а отказоустойчивость может быть доведена до уровня «пяти девяток» (99,999%);
- сопряжение вычислительного комплекса с информационными и коммуникационными средствами. Информационные средства должны обеспечивать проведение постоянного контроля воздушной обстановки в районе полетов, размеры которого превышают тактический радиус действия современных ЛА, и обновление координатной информации с темпом от 10 до 60 секунд. А коммуникационные средства должны поддерживать устойчивую работу производительного канала для защищенной передачи данных на борт ЛА.
Проблема совершенствования информационного и коммуникационного обеспечения уже сейчас близка к разрешению, судя по значительным темпам наращивания разработок и поставок соответствующей техники в армии развитых государств. Косвенным свидетельством может служить также широко освещаемая в открытых средствах информации организация обеспечения боевых действий в ходе локальных конфликтов, происходивших с конца XX века.
Для оценки реализуемости предлагаемого способа адаптивно-маршрутного управления был разработан макет программы автоматического формирования маршрута полета ЛА в условиях очаговой структуры противовоздушной обороны. Алгоритм, реализованный в программе и основанный на выражениях (3)-(8), обеспечивает формирование маршрута минимальной опасности полета путем обхода опасных зон.
В качестве среды программирования использована система Delphi, в которой употребляется язык программирования Object Pascal. Моделировалось выполнение удара по наземному объекту, прикрываемому группировкой из трех зенитных ракетных комплексов малой и средней дальности. Длительность расчетов маршрута с дальностью полета 1000 км при изменениях размера дискрета от 5 км до 10 км не превышала 10 секунд.
В целом величина положительного эффекта, получаемого за счет адаптации маршрута, очень чувствительна к дислокации и составу группировки средств противовоздушной обороны противника. Вместе с тем результаты моделирования свидетельствуют о возможности автоматического формирования маршрута полета, что составляет основу реализации предлагаемого способа адаптивно-маршрутного управления пилотируемыми летательными аппаратами.