СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫМИ СРЕДСТВАМИ КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 2020 года по МПК G06Q10/04 G01S5/00 

Изобретение относится к области управления радиоэлектронными средствами, в качестве которых для решения задач контроля окружающего пространства используются неэргатические мобильные роботизированные автоматические радиоэлектронные средства (НЭМРАРЭС).

Под окружающим пространством понимается космическое, воздушное, наземное и надводное пространство или их совокупность, а под объектами окружающего пространства - любые одиночные малоразмерные объекты (например: спутник, самолет, корабль, станция связи и управления войсками и др.), групповые объекты (например: группа пехоты, авиационное крыло, звено боевых кораблей и др.), распределенные объекты (площадные и объемные) (например: учебные тактические поля, аэродромы, стрельбища, полигоны и др.) и т.д.

Одним из основных направлений совершенствования контроля окружающего пространства является применение робототехнических технологий. Для этого в настоящее время из уровня техники используемыми прототипами НЭМРАРЭС при реализации данного способа могут быть воздушные, наземные, надводные роботизированные радиоэлектронные средства [12, 13, 14, 15] обладающие возможностью приема радиосигналов различных диапазонов частот и свойствами группового управления.

Под групповым управлением [12] понимается совместное связанное управление несколькими объектами. Основной целью такого управления является выполнение объектами общей технологической операции с определенным распределением между ними отдельных ее частей. Кроме того, оно может требоваться и для предотвращения взаимных помех, например, столкновений движущихся объектов, при выполнении ими самостоятельных операций. Примером задачи группового управления является управление группой подвижных объектов (летательные аппараты, автомашины и т.п.) решающих одну общую задачу.

К настоящему времени предложен ряд технических решений, обеспечивающих управление сложными радиоэлектронными системами различного назначения на основе исходной информации об окружающем пространстве.

Известен способ контроля и управления радиоэлектронными средствами военных объектов и система для его реализации [Патент на изобретение, Россия, №2321175, МПК H04B 17/00, 2006 г.]. Способ обеспечивает сбор, обработку и обобщение информации об обстановке в районе действий военных объектов и информацию об их боевой готовности, использование обобщенной информации на автоматизированных рабочих местах командного пункта, предназначенных для формирования информационных моделей и выбора на их основе команд боевого управления, передаваемых на подчиненные и приданные военные объекты. Особенностью и отличительным признаком данного технического решения является создание адаптивной к разнородным объектам управления оперативной, быстродействующей, защищенной от естественных и искусственно создаваемых воздействий системы управления радиоэлектронными средствами военных объектов. Вместе с тем, данный способ не обеспечивает мониторинг и управление состоянием военных объектов в значительном количестве физических полей, что в свою очередь может приводить к увеличению количества нештатных и аварийных ситуаций на данных объектах.

Известен способ управления демаскирующими признаками системы связи [Патент на изобретение, Россия, №2450337, МПК G06F 15/00, 2011 г.] заключающийся в том, что на основе заданных значений показателей разведзащищенности и своевременности реконфигурации системы связи задают количество управляемых и неуправляемых демаскирующих признаков, планируют развертывание и функционирование системы связи, развертывают, настраивают систему связи, применяют систему связи по назначению, на развернутой системе связи прогнозируют изменения значений демаскирующих признаков системы связи во времени, по спрогнозированным значениям измеренных демаскирующих признаков системы связи производят расчет значений показателей разведзащищенности системы связи, сравнивают их с требуемыми значениями, при несоответствии значений показателей разведзащищенности требованиям упреждающе производят реконфигурацию системы связи, с целью обеспечения требуемой разведзащищенности. Особенностью и отличительным признаком аналога является использование ограниченного перечня характеристик состояния системы связи только в одном физическом поле, что делает невозможным мониторинг параметров состояния системы связи в ряде физических полей и, в конечном счете, может приводить к увеличению количества нештатных и аварийных ситуаций на вышеупомянутом объекте.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ контроля воздушного пространства [Патент на изобретение, Россия, №2677367, МПК G06Q 10/04, G06Q 90/00, G06F 19/00, H04W 40/20, 2017 г.], который может быть принят в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что способ управления радиоэлектронными средствами ориентирован только на часть окружающего пространства, а именно воздушное пространство и при этом естественно не контролируются остальные среды окружающего пространства и не учитываются характеристики физической среды распространения радиоволн. Кроме того существующие способы контроля, реализованные в радиоэлектронных автоматизированных комплексах различного назначения т.е. предполагающих наличие человека оператора (эргатические комплексы, системы, средства) используют лишь отдельные элементы предлагаемого способа, причем при контроле воздушного пространства не предусмотрено использование сетевых возможностей задействованных радиоэлектронных средств по созданию сетевой структуры системы радиоконтроля.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе исходных оперативно-тактических данных и условий сигнально-информационной обстановки окружающего пространства программно-аппаратным конфигуратором методом объектно-ориентированного и структурно-параметрического проектирования из совокупности типовых унифицированных элементов, блоков, подсистем, интеллектуальных агентов находящихся в специализированном банке или базе данных формируют требуемый вариант построения НЭМРАРЭС, с последующим формированием на основе НЭМРАРЭС многопозиционной самоорганизующейся сетевой структуры многошаговой беспроводной децентрализованной сети и настройкой протоколов беспроводной передачи данных для выбранной сетевой структуры, с возможностью адаптации сформированной структуры и параметров узлов сети к динамически изменяющимся условиям контроля окружающего пространства, и постоянной фиксацией всех операций радиоконтроля на автоматизированном рабочем месте пункта управления радиосистемами (АРМ ПУР).

Технический результат, обусловленный применением нового способа управления радиоэлектронными средствами контроля окружающего пространства, заключается в повышении вероятности обнаружения объектов окружающего пространства, уменьшении априорной неопределенности состояния источников радиоизлучений (ИРИ) окружающего пространства для всех средств участвующих в контроле, минимизации времени на приведение в готовность к функционированию аппаратных, программных и ресурсных средств, повышении надежности передачи данных между узлами сети по беспроводным каналам связи, что в совокупности повышает эффективность контроля окружающего пространства. Кроме того использование НЭМРАРЭС способствует снижению влияния человеческого фактора (негативного характера) на результативность контроля окружающего пространства.

Данный технический результат достигается за счет ввода на АРМ ПУР исходных оперативно-тактических данных и условий сигнально-информационной обстановки для автоматического выбора и последующей настройки программно-аппаратным конфигуратором структуры и параметров определенного количества НЭМРАРЭС, используя при этом объектно-ориентированный подход к проектированию технических систем и метод структурно-параметрической оптимизации; формирования на их основе многопозиционной самоорганизующейся сетевой структуры многошаговой беспроводной децентрализованной сети, с последующей настройкой протоколов беспроводной передачи данных для выбранной сетевой структуры и адаптацией сформированной структуры и параметров узлов сети к динамически изменяющимся условиям контроля окружающего пространства, и постоянной фиксацией всех операций радиоконтроля на АРМ ПУР.

Программно-аппаратный конфигуратор предназначен для автоматической настройки НЭМРАРЭС в части их специальных характеристик и адаптации сетевой структуры для решения поставленной задачи по требуемым критериям и параметрам в рамках заданных ограничений.

Структура программно-аппаратного конфигуратора представлена на фиг. 1 [9]. Принцип работы данного конфигуратора заключается в формировании на основании входной информации с помощью системы настройки, контроля и управления виртуальным пространством (интерфейс) «зашитого» в постоянную память электронной вычислительной машины (ЭВМ) АРМ ПУР описанного на технологическом языке программирования определенных структур, представив их в виде виртуальных (кажущихся) структур. Виртуальные (кажущиеся) структуры конфигурируются в виртуальном пространстве из совокупности алгоблоков, находящихся в специализированной библиотеке алгоблоков. Совокупность алгоблоков это совокупность элементов библиотеки стандартных алгоритмов контроля, обработки информации, фильтрации, ввода-вывода информации и т.д., представленных на языке программирования низкого или высокого уровня понятном и используемом в ЭВМ. Каждый алгоблок это функционально законченный элемент, свободно встраиваемый в виртуальное пространство при его технологическом программировании, оптимизации и адаптации. Применительно к данному изобретению представление структуры и параметров НЭМРАРЭС в виде виртуальной структуры позволяет абстрагироваться от физического представления и представить данные средства, как совокупность элементов, звеньев, передаточных функций, математических моделей, систем и подсистем контроля воздушного пространства в виде совокупности алгоблоков при использовании унифицированных, типовых, стандартных организационно-технических подсистем и модулей.

Объектно-ориентированный подход [19] при построении НЭМРАРЭС ориентирован на создание конфигурации РЭС (т.е. ориентации этой конфигурации на конкретную задачу, цель, тактическое задание и т.д., т.е. на контроль за объектами окружающего пространства) при этом для создания РЭС применяют только целевые для конфигурации блоки, используют необходимые режимы функционирования и т.д., что в совокупности упрощает, ускоряет и экономит временные ресурсы при выполнении задачи.

Структурно-параметрическая оптимизация НЭМРАРЭС заключается в формировании программно-аппаратным конфигуратором оптимальной структуры (определение номенклатуры и количества подсистем (например, добывания, сбора, анализа, обработки, связи, ввода, вывода и отображения информации и др.), способов и приемов взаимодействия и т.д. и настройке параметров сформированной структуры (выбор типа антенно-фидерной системы, радиоприемного устройства, радиопередающего устройства, устройств ввода, вывода и отображения информации, специального программного обеспечения и др.) согласно оперативно-тактических данных и условий сигнально-информационной обстановки окружающего пространства с целью обеспечения экстремума вероятности обнаружения ИРИ, проявляющегося через максимальный показатель вероятности электромагнитной доступности (ЭМД) ИРИ [10, 18], отличающаяся тем, что при проведении оптимизации сгенерированных структур НЭМРАРЭС используется метод эволюционной оптимизации [2], основанный на итерационной процедуре, с помощью которой, например, номенклатура подсистем или способы их взаимодействия корректируется последовательными шагами для достижения оптимума целевой функции, позволяющий тем самым получить наиболее оптимальную структуру НЭМРАРЭС.

Многопозиционная самоорганизующаяся сетевая структура многошаговой беспроводной децентрализованной сети, состоящая из НЭМРАРЭС, имеет произвольную структуру, в которой все каналы сообщения беспроводные, а каждый узел, готов передавать данные другим узлам по беспроводным канала связи, при этом решение о том, какому узлу передавать данные, принимается динамически, на основе связности сети. Это и является отличием от старых сетевых технологий, в которых определенные узлы, с типичным аппаратным обеспечением, называемые маршрутизаторами, коммутаторами, хабами и файерволами, выполняют задачу передачи данных.

Маршрутизация в многопозиционной самоорганизующейся сетевой структуре многошаговой беспроводной децентрализованной сети осуществляется в зависимости от условий контроля окружающего пространства, физико-географических свойств местности и условий распространения радиоволн, а настройка протоколов передачи данных в данной сети организуется, например, в соответствии с технологиями MANET (Mobile Ad hoc NETworks) сети - радиосети со случайными мобильными абонентами, реализующие полностью децентрализованное управление при отсутствии базовых станций или опорных узлов, WSN (Wireless Sensor Networks) сети - беспроводные сенсорные (телеметрические) сети, состоящие из малогабаритных сенсорных узлов с интегрированными функциями мониторинга определенных параметров окружающего пространства, обработки и передачи данных по радиоканалам и др. [20].

Адаптация сформированной сетевой структуры состоящей из НЭМРАРЭС производится путем оперативной настройки ее параметров в зависимости от поступающей текущей информации о динамически изменяющихся условиях контроля окружающего пространства (проявляющихся, например, в изменение количественных и качественных показателей контролируемых радиоэлектронных средств и функционирующих средств контроля, показателей ЭМД ИРИ, точности местоопределения ИРИ, электромагнитной совместимости между НЭМРАРЭС и др.) в целях достижения (сохранения) определенного уровня вероятности обнаружения ИРИ. Такая адаптация может быть проведена как до выполнения поставленной задачи по контролю окружающего пространства на исходных позициях средств контроля, так и в процессе решения поставленной задачи по контролю окружающего пространства при смене радиоприемных позиций.

Конкретный пример способа управления радиоэлектронными средствами контроля окружающего пространства, соответствующего изобретению, рассмотрен со ссылками на фиг. 2, где в виде блок-схемы представлена последовательность операций, описывающих предлагаемый способ.

На этапе 1 автоматизированному пункту управления радиоприемными средствами ставится определенная задача по контролю окружающего пространства и предъявляются требования к организации контроля.

На этапе 2 автоматизированный пункт управления в зависимости от поставленной задачи по контролю воздушного пространства и предъявленных требований к организации контроля вводит в программно-аппаратный конфигуратор исходные оперативно-тактические данные, которые включают пространственные размахи района выполнения задачи, ширину и глубину полосы (сектор) контроля, задачи для НЭМРАРЭС, физико-географические свойства местности, возможное количество объектов и источников радиоизлучений в полосе контроля и их распределение в окружающем пространстве, параметры для формирования НЭМРАРЭС (количество и типы унифицированных элементов, блоков, подсистем, интеллектуальных агентов, находящихся в специализированном банке или базе данных, их тактико-технические характеристики, и т.д.), вводятся условия сигнально-информационной обстановки окружающего пространства, которые включают данные по площади (сектору, зоне) контролируемого окружающего пространства, времени суток (ночь, утро, вечер или день для весенне-осеннего или летнего времени), характеристики времени года (зима, весна-осень, лето), возможности прямой видимости, и другие, в зависимости от поставленных задач [1].

На этапе 3 производится оценка параметров физической среды контролируемого окружающего пространства (определяются характеристики и условия распространения радиоволн от ИРИ и возможные области их применения, дальность действия информационных каналов в окружающем пространстве, дальность и вероятность обнаружения сигналов ИРИ, параметры размещения средств радиоконтроля в пространстве и др.) [18].

На этапе 4 программно-аппаратным конфигуратором АПУ ПУР, в зависимости от исходных оперативно-тактических данных, условий сигнально-информационной обстановки и параметров физической среды окружающего пространства из совокупности типовых унифицированных элементов, блоков, подсистем, интеллектуальных агентов, находящихся в специализированном банке или базе данных, методом объектно-ориентрованного и структурно-параметрического проектирования производится настройка структуры и параметров определенного количества НЭМРАРЭС.

На этапе 5 в зависимости от параметров физической среды окружающего пространства формируется многопозиционная самоорганизующаяся сетевая структура многошаговой беспроводной децентрализованной сети, узлами которой являются настроенные НЭМРАРЭС.

На этапе 6 для обмена и передачи информации на АРМ ПУР в зависимости от условий сигнально-информационной обстановки окружающего пространства, физико-географических свойств местности и условий распространения радиоволн, используя технологии беспроводной передачи данных [20], производится настройка протоколов маршрутизации между узлами сформированной сетевой структуры.

На этапе 7 проводится адаптация сформированной сетевой структуры и параметров узлов сети к динамически изменяющимся условиям контроля окружающего пространства [4].

На этапе 8 сконфигурированные, оптимизированные и адаптированные узлы сетевой структуры, в качестве которых выступают НЭМРАРЭС, решают поставленную задачу по контролю окружающего пространства согласно своего предназначения.

Новым является предлагаемый способ управления радиоэлектронными средствами контроля окружающего пространства, заключающийся в том, что для повышения эффективности контроля окружающего пространства используются новые и перспективные НЭМРАРЭС, применяется новый способ управления НЭМРАРЭС отличающийся от существующих тем, что предварительно до начала применения радиоэлектронных средств оценивают физические свойства окружающего пространства; далее для работы в оцененном окружающем пространстве методом объектно-ориентированного и структурно-параметрического проектирования определяют требуемый вариант построения НЭМРАРЭС из совокупности типовых унифицированных элементов, блоков, подсистем, интеллектуальных агентов средств радиоконтроля из специализированного банка или базы данных, из которых формируют многопозиционную самоорганизующуюся многошаговую беспроводную децентрализованную сеть, где в качестве интеллектуальных агентов узлов сети используют НЭМРАРЭС, которые автоматически конфигурируются, настраиваются и адаптируются к динамически изменяющимся условиям радиоконтроля.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и материалы.

Источники информации

1. Пат. 2600096 Российская Федерация МПК G06F 19/00, H04W 40/20 Способ оценки местности / Ганиев А.Н., Чеботарь И.В., Серебряков Ю.И., Филенков А.С., Смирнов С.Г.; заявл. 16.12.14; опубл. 20.10.16, Бюл. №29. - 12 с.: ил.

2. Ли, Т.Г. Управление процессами с помощью вычислительных машин. Моделирование и оптимизация / Т.Г. Ли, Г.Э. Адамс, У.М. Гейн. М: Советское радио, 1972. - С. 238-256

3. Айвазян, С.А. Классификация многомерных наблюдений // Айвазян С.А., Бежаева З.И., Староверов О.В. М: Статистика, 1974 - 240 с.

4. Чаки, Ф. Современная теория управления. Нелинейные, оптимальные и адаптивные системы // перев. с англ. под ред. Н.С. Райбмана. М.: Мир, 1975. - 422 с.

5. Беленков, О.В. Реализация технологии сетецентрического управления в АСУ войсками и оружием на базе ГИС «Карта 2011» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gisinfo.ru/item/91.htm. (Дата обращения 20.03.2019 г.).

6. Демиденко, Р.А. Опыт реализации сетецентрической системы управления с использованием ГИС «Оператор» (КБ «Панорама») / Р.А. Демиденко // Геопрофи. - №1. - 2013.

7. Присяжнюк, С.П. Геоинформационные системы военного назначения: учебник / С.П. Присяжнюк, В.Н. Филатов, С.П. Федоненков - СПб.: БГТУ, 2009. - 210 с.

8. Обзор отечественных ГИС военного назначения, 2014. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gistechnik.ru. (Дата обращения 08.02.2019 г.).

9. Певзнер, В.В. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации. Средства централизованного контроля и регулирования // В.В. Певзнер, Н.И. Прохорова, Н.В. Лахова и др. / М.: ИНФОРМПРИБОР, 1987 - Выпуск №6, 7, 8, 9 - 139 с.

10. Сай, П.А. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и радиоконтроль. Методы оценки эффективности. М.: Радиотехника, 2015. С. 351-381

11. Макаров, И.М. Интеллектуальные системы управления / И.М. Макаров, В.М. Лохин, М.П. Романов, С.В. Манько // Наука - 1999.

12. Юревич, Е.И. Управление роботами и робототехническими системами / Юревич Е.И. - СПб, 2000.

13. Лопота, А.В. Наземные робототехнические комплексы военного и специального назначения / А.В. Лопота, А.Б. Николаев // Современные тенденции развития робототехнических комплексов. СПб: ЦНИИ робототехники и технической кибернетики, 2016 г. - Режим доступа: http://www.rtc.ru/images/docs/book/nazemnie.pdf. (Дата обращения 20.03.19 г.).

14. Рубцов, И.В. Вопросы состояния и перспективы развития отечественной наземной робототехники военного и специального назначения / И.В. Рубцов // Известия ЮФУ. Технические науки. Рубрика Раздел 1. Робототехника, 2013. №3. С. 14-21.

15. Кравченко, А.Ю. Проблемы и перспективы создания робототехнических комплексов военного назначения / А.Ю. Кравченко, Ю.Е. Стукало (ФГКУ «46 ЦНИИ» Минобороны России г. Москва) // «Перспективные системы и задачи управления»: сб. материалов восьмой всероссийской научно-практической конференции, Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2013. - С. 22-28.

16. Пат. 2677367 Российская Федерация МПК G06Q 10/04, G06Q 90/00, G06F 19/00, H04W 40/20 Способ контроля воздушного пространства / Ганиев А.Н., Серебряков Ю.И., Жаворонков СА. [и др.]; заявл. 09.01.17; опубл. 16.01.19, Бюл. №2. - 9 с.: ил.

17. Пат. 2656275 Российская Федерация МПК G01C 21/00 Способ определения районов радиоконтроля / Жаворонков С.А., Серебряков Ю.И., Ганиев А.Н., Филенков А.С; заявл. 02.05.17; опубл. 04.06.18, Бюл. №16. - 16 с.: ил.

18. Оценка радиоэлектронного обнаружения информационных радио- и радиотехнических систем / Р.П. Быстров [и др.] // Информационно-измерительные и управляющие системы. - М: Радиотехника, 2018. №10. Т. 16.- С. 60-79.

19. Колесов, Ю.Б. Моделирование систем. Объектно-ориентированный подход: учеб. пособие / Ю.Б. Колесов, Ю.Б. Сениченков. // СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 192 с.: ил.

20. Павлов, А.А. Протоколы маршрутизации в беспроводных сетях / Павлов А.А., Датьев И.О. // Труды Кольского научного центра РАН. Петрозаводск: Кольский НЦ РАН, 2014. С. 64-75.

21. Пат. 2321175 Российская Федерация МПК H04B 17/00 Способ контроля и управления радиоэлектронными средствами военных объектов и система для его реализации / Бородакий Ю.В., Журавлев Ю.В., Чельцов Б.Ф. [и др.]; заявл. 17.07.06; опубл. 27.03.08, Бюл. №9. - 14 с.: ил.

22. Пат. 2450337 Российская Федерация МПК G06F 15/00 Способ управления демаскирующими признаками системы связи / Гречишников Е.В., Стародубцев Ю.И., Белов А.С.; заявл. 03.05.11; опубл. 10.05.2012, Бюл. №13. - 20 с.: ил.

Изобретение относится к области управления радиоэлектронными средствами, в качестве которых для решения задач контроля окружающего пространства используются неэргатические мобильные роботизированные автоматические радиоэлектронные средства (НЭМРАРЭС). Технический результат заключается в повышении вероятности обнаружения объектов окружающего пространства. Способ управления радиоэлектронными средствами контроля окружающего пространства включает: ввод на автоматизированном рабочем месте пункта управления радиосистемами исходных оперативно-тактических данных и условий сигнально-информационной обстановки для автоматического выбора и последующей настройки программно-аппаратным конфигуратором структуры и параметров определенного количества НЭМРАРЭС, используя при этом объектно-ориентированный подход к проектированию технических систем и метод структурно-параметрической оптимизации; формирование на их основе многопозиционной самоорганизующейся сетевой структуры многошаговой беспроводной децентрализованной сети, с последующей настройкой протоколов беспроводной передачи данных для выбранной сетевой структуры и адаптацией сформированной структуры и параметров узлов сети к динамически изменяющимся условиям контроля окружающего пространства, и постоянной фиксацией всех операций радиоконтроля. 2 ил.

Способ управления радиоэлектронными средствами контроля окружающего пространства, включающий ввод на автоматизированном рабочем месте пункта управления радиосистемами (АРМ ПУР) исходных оперативно-тактических данных и условий сигнально-информационной обстановки и оценку параметров физической среды окружающего пространства для автоматического выбора и последующей настройки программно-аппаратным конфигуратором структуры и параметров определенного количества неэргатических мобильных роботизированных автоматических радиоэлектронных средств (НЭМРАРЭС); формирование на их основе многопозиционной самоорганизующейся сетевой структуры многошаговой беспроводной децентрализованной сети, с последующей настройкой протоколов беспроводной передачи данных для выбранной сетевой структуры и адаптацией сформированной структуры и параметров узлов сети к динамически изменяющимся условиям контроля окружающего пространства, и постоянной фиксацией всех операций радиоконтроля на АРМ ПУР, отличающийся тем, что предварительно до начала применения НЭМРАРЭС оценивают физические свойства окружающего пространства; далее для работы в оцененном окружающем пространстве методом объектно-ориентированного и структурно-параметрического проектирования определяют требуемый вариант построения НЭМРАРЭС из совокупности типовых унифицированных элементов, блоков, подсистем, интеллектуальных агентов средств радиоконтроля из специализированного банка или базы данных, из которых формируют многопозиционную самоорганизующуюся многошаговую беспроводную децентрализованную сеть, где в качестве интеллектуальных агентов узлов сети используют НЭМРАРЭС, которые автоматически конфигурируются, настраиваются и адаптируются к динамически изменяющимся условиям радиоконтроля.