СПОСОБ ПОЛУНАТУРНОГО КОМПЛЕКСНОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ВООРУЖЕНИЯ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ Российский патент 2010 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к моделям и математическому статистическому моделированию.

Изобретение предназначено для отработки контуров управления и всей корабельной системы управления (СУ) средствами надводного корабля (НК) путем проведения испытаний методом электронных стрельб, пусков и полетов и позволяет оценить работоспособность СУ НК с использованием информационных потоков, соответствующих по техническим характеристикам информационным потокам, с которыми взаимодействует СУ НК при проведении реальных испытаний.

Техническим результатом и задачей заявленного способа является создание системы моделирования испытаний для СУ НК, позволяющей сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие крупномасштабные испытания сложных технических систем.

Из уровня техники известно моделирование боевой работы с целью создания условий, максимально приближенных к условиям на реальном командном пункте радиолокационной станции KB (RU 2007146572 A, опуб. 27.06.2009) с помощью системы, включающей центральный сервер, устройство коммутации, «Универсальную систему обучения и контроля» (УСОК), рабочее место преподавателя, рабочее место обучаемого (количество рабочих мест зависит от специфики средства вооружения, для обеспечения эксплуатации которого проводится моделирование и обучение).

Известный способ позволяет осуществлять моделирование боевой работы с целью создания условий, максимально приближенных к условиям на реальном командном пункте радиолокационной станции КВ.

Техническим результатом и задачей заявленного способа является создание системы моделирования испытаний для СУ НК, позволяющей сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие крупномасштабные испытания сложных технических систем, которая определяет модель, позволяющую оценить работоспособность СУ ПК с использованием информационных потоков, соответствующих по техническим характеристикам информационным потокам, с которыми взаимодействует СУ НК при проведении реальных испытаний.

Таким образом, изобретение направлено на создание системы моделирования испытаний для СУ НК, позволяющей сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие крупномасштабные испытания сложных технических систем.

Технический результат достигается тем, что способ полунатурного комплексного статистического моделирования радиоэлектронного вооружения надводных кораблей характеризуется тем, что используют различные сценарии внешней обстановки, моделируют аппаратно-программное и информационно-сигнальное окружение системы управления, смонтированной на модели надводного корабля, и представляют его в форме комплексной имитируемой внешней среды с участием моделей объектов воздушной, надводной, подводной обстановки, радиочастотных и гидроакустических информационных полей с применением технологий учета полных групп ошибок, допусков и разброса параметров имитируемых объектов и процессов в соответствии с реальными условиями проведения испытаний эффективности и надежности работы системы управления надводного корабля в различных условиях его функционирования, при этом результаты функционирования исполнительных средств - устройств и систем с номерами K=1, …, М описываются в виде вектора состояния этих средств S(t)=(S ₁ (t), …, S _M (t)), где S _kj (t)=f _kj (t, B, A, F, W, П _kj , У _k ), где П _kj - потенциал воздействия k-го исполнительного средства на j-й объект внешней обстановки, У _k - накопленный к моменту времени t ущерб для k-го исполнительного средства в результате воздействия на него со стороны условий и объектов внешней обстановки.

Изобретение поясняется примером.

Устанавливают на корабле группу компьютеров с программным обеспечением, соответствующим моделям средств получения информации о внешней среде, моделями средств связи с удаленными системами, взаимодействующими с испытуемыми СУ НК, моделями исполнительных средств б/контуров НК, контролируемых и управляемых испытуемыми СУ НК, а также устанавливают приборы преобразования информационно-управляющих сигналов и коммутаторы, которые позволяют произвести подключение означенной группы компьютеров к штатной аппаратуре системы управления б/контуров НК для установления обмена информационно-управляющими сигналами исследуемой аппаратуры СУ НК с моделями, имитирующего обмен СУ НК с реальными средствами получения информации о внешней среде, средств связи с удаленными системами, взаимодействующими с испытуемыми СУ НК, с исполнительными средствами б/контуров НК, контролируемыми и управляемыми СУ НК.

С целью проведении исследований работоспособности СУ НК устанавливают на НК группу компьютеров, имитирующих внешнюю воздушную, наземную и надводную обстановку, складывающуюся вокруг НК при проведении испытаний СУ НК, которую моделируют построением трасс (заданием координат) объектов, принимающих участие в формировании условий функционирования реальной системы управления корабля, а также программной имитацией погодных условий, радиочастотных полей, гидроакустических полей, имеющих место быть при проведении реальных испытаний НК и его СУ. При этом для N воздушных, надводных и подводных объектов номеров J=1, …, N с помощью построенных математических моделей задаются вектора, определяющие их положение в пространстве в каждый момент времени t: Q(t)=(q₁(t), …, q_N(t)). Для описания гидрометеорологических характеристик окружающей среды при проведении испытаний НК вводятся векторы параметров этой среды, таких как состояние морской поверхности B(t), выражающееся, например, в балльности волнения, состояние воздушной среды A(t), включающее скорость ветра, температуру, облачность, наличие тумана, гидрометеоров и др., состояние водной среды G(t), включающее уровень солености, градиент температуры и пр. Для учета влияния радиочастотных полей, возникающих во время проведения испытаний и оказывающих на испытания влияние, вводится вектор R(t)=R (Q, B, A, G, F, W, D), где F - частотные характеристики полей радиолокационных, гидроакустичеких, систем связи, помеховых радио и гидроакустических, W - мощностные характеристики этих полей, D - деформации корпуса НК, влияющие на работоспособность его исполнительных устройств и систем. Для учета влияния факторов Q и R на точность получаемой информации строятся модели зависимости характеристик обнаружения воздушных, надводных и подводных целей и точности определения радиолокационными и гидроакустическими системами положения этих целей при ведении их наблюдения: σ(t)=σ(Q(t), R(t)). При этом измеренное положение этих объектов, на основании которых производится выработка и принятие решений о взаимодействии с объектами внешней обстановки либо воздействии на них, определяется с помощью формулы Q'(t)=Q(t)+σ(t). На следующем этапе массив данных о внешней обстановке Q'(t) поступает в реальную СУ НК, где вырабатываются решения о порядке и условиях применения исполнительных средств, затем эти решения поступают в модели СУ исполнительных средств. СУ исполнительных средств вырабатывают соответствующие данные для моделей функционирования исполнительных механизмов, в которых решается модельная задача воздействия их на объекты внешней обстановки с учетом ошибок, возникающих при этом воздействии, и затем моделируются сами воздействия средств на эти объекты.

Исполнительные средства моделируются соответствующими поведенческими функциями, влияющими своим воздействием на объекты воздушной, надводной и подводной составляющих внешней обстановки, то есть на изменение внешней обстановки, осуществляя таким образом моделирование реальной обратной связи во всем процессе функционирования комплекса «Внешняя среда - Система управления корабля - Исполнительные устройства» при проведении виртуальных испытаний корабля в моделируемых условиях. При этом результаты функционирования исполнительных средств (устройств и систем) с номерами K=1, …, М описываются в виде вектора состояния этих средств S(t)=(S ₁ (t), …, S _M (t)), где S _kj (t)=f _kj (t, B, A, F, W, П _kj , У _k ), где П _kj - потенциал воздействия k-го исполнительного средства на j-й объект внешней обстановки, У _k - накопленный к моменту времени t ущерб для k-го исполнительного средства в результате воздействия на него со стороны условий и объектов внешней обстановки.

На чертеже представлена принципиальная схема сопряжения объектов натурно-виртуальной модели испытаний СУ НК для реализации предлагаемого способа крупномасштабного натурно-виртуального моделирования испытаний радиоэлектронного вооружения надводных кораблей, который позволяет проводить подготовку реальных приемо-сдаточных испытаний аппаратуры СУ НК с целью снижения материальных затрат на этапе проведения самих приемо-сдаточных испытаний, а также может быть использовано для тренажа личного состава и в учебном процессе обучения методом полунатурного комплексного моделирования радиоэлектронного вооружения надводных кораблей.

Чертеж показывает принципиальную схему сопряжения объектов модели.

В соответствии со схемой команды управления от СУ НК 1 через коммутирующие устройства 2 поступают в компьютерный комплекс 3, имитирующий работу исполнительных устройств, механизмов, систем, которые в результате функционирования воздействуют на объекты и состояние виртуальной внешней среды 4 (летательные аппараты, космические объекты, корабли различной государственной принадлежности, их положение и состояние и т.д., состояние радиочастотной, гидроакустической полевой обстановки, окружающий рельеф). В обратном направлении с уровня внешней виртуальной среды 4 - внешней обстановки на уровень 3 в модели систем получения и приема-передачи информации, исполнительные системы НК поступают в математически модельной форме имитированные на уровне 4 сигналы гидроакустических и радиочастотных локационных, помеховых полей, полей каналов связи для функционирования моделей гидро- и радиолокационного оборудования, оборудования связи, а также имитированные показатели гидрометеорологической среды, влияющие на функционирование исполнительных устройств, механизмов и систем. После обработки на уровне 3 поступившей с уровня 4 информации с уровня 3 моделей оборудования систем получения передачи информации и исполнительных устройств выработанная информация передается на уровень 2, где специально разработанные программно-аппаратные устройства позволяют коммутировать уровни 2 и 1, форматируя имитированные данные о состоянии внешней обстановки вокруг НК, а также о текущем состоянии исполнительных систем НК согласно протоколам обмена, принятым в СУ НК между СУ НК и реальными исполнительными системами, системами приема передачи и получения информации на НК, которые представлены моделями на уровне 3. Полученная через уровень 2 информация на уровне 1 реальных систем СУ НК проходит обработку с участием реальной программно-аппаратной среды СУ НК и работы операторов, после выработки информации, необходимой для работы программно-аппаратной среды уровня 3 она передается через уровень коммутаторов 2 на уровень 3 и цикл управления продолжается.

При имитации работы исполнительных механизмов на уровне 3 и процессов и объектов, представленных во внешней среде на уровне 4, применяются программно-аппаратные механизмы имитации ошибок и связи их в группы ошибок, называемых полными группами ошибок (разброс параметров, допуска, систематические и случайные ошибки реальных аппаратных, приборных измерений) систем приема-передачи, получения информации, а также отработки команд исполнительными устройствами, механизмами и системами. Все операции принципиально отличаются от известных подходов тем, что включают в себя полные группы ошибок (разброс параметров, допуска и др.), которые возникают при получении реальной системой информации об объектах внешней среды.

Использование предлагаемой программно-аппаратной системы позволяет проводить подготовку реальных приемо-сдаточных испытаний аппаратуры СУ НК с целью снижения материальных затрат на этапе проведения самих приемо-сдаточных испытаний, а также может быть использовано для тренажа личного состава и в учебном процессе.

Изобретение относится к моделям и математическому статистическому моделированию. Используют различные сценарии внешней обстановки, моделируют аппаратно-программное и информационно-сигнальное окружение системы управления, смонтированной на модели надводного корабля, и представляют его в форме комплексной имитируемой внешней среды с участием моделей объектов воздушной, надводной, подводной обстановки, радиочастотных и гидроакустических информационных полей с применением технологий учета полных групп ошибок, допусков и разброса параметров имитируемых объектов и процессов в соответствии с реальными условиями проведения испытаний эффективности и надежности работы системы управления надводного корабля в различных условиях его функционирования. Изобретение обеспечивает отработку контуров управления и всей корабельной системы управления (СУ) средствами надводного корабля (НК) путем проведения испытаний методом электронных стрельб, пусков и полетов и позволяет оценить работоспособность СУ НК с использованием информационных потоков, соответствующих по техническим характеристикам информационным потокам, с которыми взаимодействует СУ НК при проведении реальных испытаний. 1 ил.

Способ полунатурного комплексного статистического моделирования радиоэлектронного вооружения надводных кораблей, характеризующийся тем, что используют различные сценарии внешней обстановки, моделируют аппаратно-программное и информационно-сигнальное окружение системы управления, смонтированной на модели надводного корабля, и представляют его в форме комплексной имитируемой внешней среды с участием моделей объектов воздушной, надводной, подводной обстановки, радиочастотных и гидроакустических информационных полей с применением технологий учета полных групп ошибок, допусков и разброса параметров имитируемых объектов и процессов в соответствии с реальными условиями проведения испытаний эффективности и надежности работы системы управления надводного корабля в различных условиях его функционирования, при этом результаты функционирования исполнительных средств - устройств и систем с номерами К=1, …, М описываются в виде вектора состояния этих средств S(t)=(S₁(t), …, S_M(t)), где S_kj(t)=f_kj (t, B, A, F, W, П_kj, У_k), где П_kj - потенциал воздействия k-го исполнительного средства на j-й объект внешней обстановки, У_k - накопленный к моменту времени t ущерб для k-го исполнительного средства в результате воздействия на него со стороны условий и объектов внешней обстановки, B - состояние морской поверхности, A - состояние воздушной среды, F - частотные характеристики радиочастотных и гидроакустических полей, W - мощностные характеристики радиочастотных и гидроакустических полей.