Система интеллектуальной поддержки командира группы истребителей сопровождения для этапа полета "Маршрут-1"
SYSTEM OF INTELLECTUAL SUPPORT OF COMMANDER OF A GROUP OF ESCORT FIGHTERS FOR FLIGHT STAGE "ROUTE-1"

Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к области авиационного оборудования и может быть использовано для интеллектуальной поддержки командира группы (К(ИС)-I)) истребителей сопровождения (ИС)) при выполнении группой генеральной задачи вылета «Сопровождение воздушных ударных сил (ударные самолеты (УС))» на этапе полета (типовой ситуации) «Маршрут-1». Согласно полетному заданию этот этап полета начинается после сбора ИС с УС и при отсутствии угроз продолжается до тех пор, пора группа УС не вышла к цели своего полетного задания (ПЗ). Группа ИС должна обеспечивать сохранность УС от воздушных угроз на протяжении всего полета.
Изобретение позволяет выработать рекомендации по решению проблем (проблемных субситуаций (ПрС/С)), возникающих у командира группы истребителей сопровождения К(ИС)-I на этапе полета «Маршрут-1» при появлении воздушных угроз:
- оперативно обнаружено атакоопасное направление на ближайшей точке маршрута УС, для прикрытия которого К(ИС)-I необходимо скорректировать строй ИС (ПрС/С «Корректировка строя истребителей сопровождения», далее ПрС/С «Корректировка строя»);
- появилась группа истребителей противника (ИП), изготовившаяся атаковать УС. Командир К(ИС)-I принял решение, «Отразить атаку этой группы ИП частью группы ИС (выделенная группа) (ПрС/С «Отражение атаки истребителей противника (ИП) частью группы ИС», далее ПрС/С «Отражение атаки»);
- выделенная группа ИС сообщила К(ИС)-I о завершении ее контакта с ИП и о возможных способах возврата боеспособной части выделенной группы в строй ИС. При поступлении этой информации у командира К(ИС)-I возникла ПрС/С «Возврат выделенной группы в строй ИС» (далее ПрС/С «Возврат группы»).
Известен способ поддержки экипажа в опасных ситуациях, реализуемый при помощи известного устройства, заключающийся в том, что в нем формируют базу знаний по набору возможных программ полета, а также по результатам анализа и опыта исследований авиационных катастроф, с помощью экспертной системы оценивают работоспособность бортового оборудования летательного аппарата, работу оператора, прогнозируют аварийные ситуации и своевременно информируют оператора о возникших отклонениях от нормы в работе бортового оборудования, об изменении условий полета, оценивают класс и степень сложности опасной ситуации, на основе базы знаний выдают оператору рекомендации и формируют решения по минимизации тяжести последствий, предотвращению перехода аварийной ситуации в катастрофическую и, если оператор по любым причинам не выполняет рекомендаций по выводу из опасной ситуации, то передают управление системе автоматического управления (патент РФ 2205442, опубликован 27.05.2003).
Недостатком указанного аналога является то, что в изобретении рассматривается возможность выдачи рекомендаций только при выполнении траекторных задач при известном маршруте или при выходе за критические параметры полета, но не предусмотрена возможность поддержки экипажа при выполнении боевой задачи вылета.
Известна «Система поддержки принятия решения экипажа воздушного судна по предотвращению особых ситуаций» (патент РФ № 2386569, опубликован 20.04.2010), реализующая поддержку экипажа с использованием системы поддержки принятия решений (СППР) экипажа воздушного судна по предотвращению особых ситуаций за счет введения в контуры диагностирования и принятия решений по выходу из особых ситуаций наземного вычислительного комплекса СППР, база знаний которого регулярно пополняется данными о новых возникших особых ситуациях и сценариями выхода из них. Также наземная часть СППР позволяет анализировать и использовать знания привлекаемых к процессу выработки решения экспертов.
Недостатком указанного аналога является его узконаправленность, поскольку выдача рекомендаций реализуется только при выполнении траекторных задач при известном маршруте или при выходе за критические параметры полета.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности выполнения боевой задачи группой истребителей сопровождения УС на этапе полета «Маршрут-1».
Технический результат достигается за счет того, что система интеллектуальной поддержки командира группы истребителей сопровождения для этапа содержит систему подготовки априорной информации, штатные бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ), бортовые измерительные системы, информационно-управляющее поле кабины экипажа, состоящее из управляющей и информационной частей; систему объективного контроля, бортовую оперативно-советующую экспертную систему (БОСЭС), которая состоит из блока обработки информации, формирующего ситуационный вектор; блока активизации проблемных субситуаций, в котором заложены продукционные правила; блока фрагментов предметной области, блока проблемных субситуаций, при этом вход блока обработки информации и вход блока проблемных субситуаций связаны с выходом системы подготовки априорной информации, с выходами бортовых вычислительных машин, бортовых измерительных систем, управляющей части информационно-управляющего поля кабины экипажа, а выход блока обработки информации связан со входом блока активизации проблемной субситуации, выход которого связан с блоком проблемных субситуаций.
Первый выход блока проблемных субситуаций связан двусторонней линией связи с блоком фрагментов предметной области, а второй и третий выходы связаны с информационной частью информационно-управляющим полем кабины экипажа и системой объективного контроля соответственно. Блок проблемных субситуаций содержит алгоритмы решения проблемных субситуаций, а блок фрагментов предметной области содержит параметрически настраиваемые математические модели истребителей, ударных самолетов, ракет «воздух-воздух» и таблицы, содержащие параметры истребителей, ударных самолетов и ракет «воздух-воздух».
Изобретение поясняется следующими чертежами:
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого изобретения, где:
1 - система подготовки априорной информации;
2 - штатные бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ);
3 - бортовые измерительные системы;
4 - управляющая часть информационно-управляющего поля кабины экипажа;
5 - бортовая оперативно-советующая экспертная система;
6 - блок обработки информации;
7 - блок активизации проблемных субситуаций;
8 - блок фрагментов предметной области;
9 - блок проблемных субситуаций;
10 - информационная часть информационно-управляющего поля кабины экипажа;
11 - система объективного контроля.
На фиг. 2 представлен кадр, отображающийся на МФИ рекомендации по решению ПрС/С «Корректировка строя», где:
На фиг. 3 представлен кадр, отображающийся на МФИ рекомендациями по решению ПрС/С «Отражение атаки».
На фиг. 4 представлен кадр, отображающийся на МФИ рекомендуемые варианты возврата выделенной группы в строй сопровождения (ПрС/С «Возврат группы»).
Система интеллектуальной поддержки командира группы истребителей сопровождения для этапа полета «Маршрут-1» содержит блок обработки информации 6, блок активизации проблемных субситуаций 7, блок фрагментов предметной области 8 и блок проблемных субситуаций 9. Изобретение может быть представлено в одном вычислителе, который содержит процессоры и модуль памяти, либо каждый из упомянутых блоков может быть выполнен как отдельный вычислитель, состоящий из процессора и модуля памяти.
Система интеллектуальной поддержки командира группы истребителей сопровождения для этапа полета «Маршрут-1» для своей работы использует априорную информацию из системы подготовки априорной информации 1, текущую информацию: от самолетов своей группы, получаемую по телекодовым каналам связи, от штатных БЦВМ-алгоритмов БЦВМ 2, от бортовых измерительных систем 3 и от управляющей части информационно-управляющего поля (ИУП) кабины экипажа 4 (фиг.1). Эти данные являются входными для блока обработки информации 6 и блока проблемных субситуаций 9 бортовой оперативно-советующей экспертной системы 5 (БОСЭС(К(ИС)-I)).
Выходная информация системы интеллектуальной поддержки командира группы истребителей сопровождения для этапа полета «Маршрут-1»: рекомендуемый экипажу способ решения возникшей проблемной субситуации и сопутствующая информация, которые выдаются на многофункциональный индикатор (МФИ) информационной части 10 информационного поля ИУП и так называемые семантические отказы БОСЭС(К(ИС)-I 5, направляемые в бортовую систему объективного контроля 11. Накопленные семантические отказы используются для дальнейшей корректировки БОСЭС(К(ИС)-I. Так реализуется процедура «отложенного самообучения» БОСЭС(К(ИС)-I.
Перед вылетом группы ИС в блок обработки информации 6 и в блок проблемных субситуаций 9 из системы подготовки априорной информации 1 загружается априорная информация: состав и иерархия группы УС и группы ИС; маршрут УС, высота и скорость их полета; типы и таблицы параметров ИС и их ракет «воздух-воздух»; ожидаемые типы ИП, таблицы параметров ИП и их ракет «воздух-воздух», таблица боевых потенциалов.
Текущая входная информация поступает в блок обработки информации 6 и в блок проблемных субситуаций 9 в режиме реального времени на протяжении полета из: штатных БЦВМ-алгоритмов БЦВМ 2 (в том числе и информация, поступившая по телекодовым каналам связи), бортовых измерительных систем 3, из управляющего части 4 ИУП кабины экипажа. Текущая информация содержит сведения: о фактическом строе, текущей высоте и скорости полета самолетов УС и ИС; фактическом текущем положения УС на маршруте, о появлении атакоопасного направления, о появлении изготовившихся к атаке ИП; о возможностях возврата выделенной группы (после отражения ею атаки ИП) в строй сопровождения УС.
В БОСЭС(К(ИС)-I) 5 определяется какая из возможных проблемных субситуаций (ПрС/С «Корректировка строя», ПрС/С «Отражение атаки», ПрС/С «Возврат группы») возникла в текущий момент времени.
Для этого на основе априорной и текущей входной информации, поступающей в блок обработки информации 6, формируются координаты ситуационного вектора (вектор условий наступления проблемной субситуации (ПрС/С)), описывающего состояние внешней обстановки. Полученный ситуационный вектор поступает в блок активизации ПрС/С 7, где при помощи продукционных правил активизируется одна из ПрС/C. Далее сигнал, содержащий признак активированный ПрС/С, поступает в блок проблемных субситуаций 9. Блок проблемных субситуаций 9 после выбора ПрС/C осуществляет анализ возникающих проблем в текущей ПрС/C, конструирует наиболее рациональный способ их разрешения и предъявляет командиру К(ИС)-I рекомендацию по разрешению возникшей проблемы. Для этого в блок проблемных субситуаций 9 поступает: из блока 7 признак активизированной ПрС/С, а из система подготовки априорной информации 1, штатных БЦВМ 2, бортовых измерительных систем 3, управляющей части ИУП 4 априорная и текущая информация.
При возникновении ПрС/C «Корректировка строя ИС» из блока фрагментов предметной области 8 по запросу и информации Блока проблемных субситуаций 9 поступают в последний математические модели действующих в этой ПрС/С ИС, их ракет «воздух - воздух», УС, ожидаемых ИП и их ракет «воздух - воздух». Эти математические модели с использованием по принятой из блока 9 информацией оперативно параметрически настраиваются в блоке фрагментов предметной области 8 на действующие в ПрС/С «Корректировка строя» перечисленные объекты. Используя эти математические модели, в блоке проблемных субситуаций 9 конструируется математическая модель сценария одновременной атаки виртуального ИП, находящегося на атакоопасном направлении, на УС и атаки ИС на виртуальный ИП.
Оптимальное положение ИС, обеспечивающего прикрытие атакоопасного направления, определяется из условия наименьшего удаления ИС от УС, среди выделенных для этого ИС, которые обеспечивают упреждающее попадание ракеты ИС в ИП по отношения к возможному моменту пуска ракеты ИП по УС и которые могут выйти в это положение в расчетное время. Наряду с этим, определяются два отрезка на маршруте УС: отрезок угроз на маршруте УС, где возможна встреча ракеты противника с УС и отрезок угроз, где возможна встреча самолета ИП и УС. Данные отрезки повышают ситуационную осведомленность К(ИС)-I.
Рекомендуемое положение ИС и сопутствующая комментирующая информация предъявляется К(ИС)-I на МФИ (фиг. 2).
При возникновении ПрС/C «Отражение атаки» выработка рекомендуемого способа ее решения (фиг. 1) происходит следующим образом.
Из блока проблемных субситуаций 9 поступает запрос и посылается необходимая априорная и текущая информация в блок фрагментов предметной области 8 параметрически настроить и прислать математические модели действующих в этой ПрС/С ИС, их ракет «воздух - воздух», УС, наблюдаемый атакующих ИП и их ракет «воздух - воздух». Эти математические модели оперативно предварительно параметрически настроены на действующие в ПрС/С «Отражение атаки» перечисленные объекты. Используя эти математические модели в блоке проблемных субситуаций 9 конструируется математическая модель сценария одновременной атаки наблюдаемых ИП на УС и атаки выделенной группы ИС на атакующие ИП.
Выделяется несколько ИС (выделенная группа) в количестве, определяемом через таблицы (априорная информация) боевых потенциалы ИС по отношению к наблюдаемым ИП. Выделенная группа должна атаковать атакующие ИП.
Рекомендуемая выделенная группа ИС с назначенным ее командиром К(ИС)-II, обеспечивающая успешное отражение атаки ИС (что определяется по результатам моделирования на математической модели построенного сценария), определяется из условия наименьшего ее удаления от УС, среди выделенных для этого групп ИС, которые обеспечивают результативное противодействие атакующей группе ИП.
Рекомендуемая выделенная группа и сопутствующая комментирующая информация предъявляется К(ИС)-I на МФИ (фиг. 3).
Выработка в БОСЭС(К(ИС)-I) рекомендуемого способа решения ПрС/С «Возврат группы» имеет специфику, связанную с отсутствием у К(ИС)-I информации об оставшемся числе боеспособных истребителей выделенной группы, которые закончили контакт с ИП, и о возможностях их возвращения в строй сопровождения УС. Поэтому выработка способа решения ПрС/С «Возврат группы» происходит следующим образом.
Решение ПрС/C «Возврат выделенной группы» делится на два этапа: а) получение командиром К(ИС)-I от командира выделенной группы К(ИС)-II информации о возможностях возврата оставшейся боеспособной части выделенной группы; б) эвристическое решение К(ИС)-I (по этой информации и по информации об ожидаемых воздушных угрозах УС на еще не пройдённых участках маршрута УС) по возврату выделенной группы в общие боевые порядки ИС.
Для этого от командира выделенной группы К(ИС)-II на борт самолета командира К(ИС)-I приходит сообщение «Группа закончила контакт с ИП», которое поступает в БОСЭС(К(ИС)-I) 5 типовой ситуации (ТС) «Маршрут-1» в блок обработки информации 6, и информация «Варианты возможного возвращения выделенной группы в строй сопровождения УС», которая в случае активизации этой ПрС/С «Возврат выделенной группы» поступает в БОСЭС(К(ИС)-I) 5 в блок проблемных субситуаций 9. Из этого блока полученные варианты возможного возвращения выделенной группы в строй сопровождения УС предъявляются К(ИС)-I на МФИ (фиг. 4) для назначения К(ИС)-I одного из них на реализацию командиром выделенной группы К(ИС)-II.
В предлагаемом варианте осуществления БОСЭС(К(ИС)-I) в блоке проблемных субситуаций заложены процедуры назначения одной из точек (на траектории полета УС): а) принять одну из полученных от командира К(ИС)-II) возможных точек возврата; б) назначить новую точку, выбранную из множества достижимых точек возврата выделенной подгруппы для встречи с УС; в) назначить точку «патрулирования» (упреждающий выход выделенной группы в точку на маршруте УС и ожидание их подхода к этой точке).
Информационный кадр МФИ с рекомендациями К(ИС)-I по решению задач этой ПрС/C представлен на фиг. 4.
Для оценки работоспособности предлагаемой БОСЭС(К(ИС)-I) созданы системы имитационного моделирования (СИМ) для ПрС/С «Корректировка» и для ПрС/С «Отражение атаки», которые позволяют проверить работоспособность разработанных алгоритмах БОСЭС(К(ИС)-I) ТС «Маршрут-1» в расчетных условиях с последующей их отработкой в условиях, приближенных к реальным.
На основе результатов проверки на системах имитационного моделирования, подтверждено, что применение системы интеллектуальной поддержки командира группы истребителей сопровождения для этапа полета «Маршрут-1» позволяет командиру К(ИС)-I с использованием предлагаемого изобретения решить на этапе полета (ТС) «Маршрут-1» возникающие проблемы, связанные с появлением воздушных угроз сопровождаемым УС.