Устройство целераспределения группировки комплексов средств поражения с учетом ограничений по зонам их назначения Российский патент 2023 года по МПК G06F17/10 

Изобретение относится к специализированному программно-аппаратному комплексу и может быть использовано в автоматизированной системе управления группировки комплексов средств поражения при планировании удара по объектам противника. Комплекс средств поражения включает совокупность средств поражения, применение которых возможно из ограниченного района применения. Средство поражения представляет собой совокупность средства доставки и некоторого количества боевых частей, непосредственно воздействующих по назначенным им целям. При этом для каждого средства поражения имеется ограничение по возможности назначения боевых частей по целям в пределах ограниченной области (зоны разведения).

Известен способ и устройство целераспределения по групповым объектам, предназначенные для обработки входной информации о характеристиках боевых средств, ее преобразования, выбора необходимой стратегии, формирования критериев противоборства с выявлением результатов боя, оценки своих потерь и нанесенного противнику ущерба [1]. Недостаток способа заключается в применимости его к ограниченному кругу задач, в частности данный способ не позволяет формировать стратегию применения боевых средств (средств поражения), которые действуют в составе группировки войск, комплексы которой могут применяться из различных районов нанесения ударов, размещенных на значительных расстояниях друг от друга.

Известен способ автоматического группового целераспределения истребителей с учетом приоритета целей, применяемый для назначения целей перехватчикам при противостоянии групп летательных аппаратов. Предлагаемый способ позволяет определять назначение целей перехватчикам при групповом противостоянии [2]. Недостаток данного изобретения, ограничивающий область его применение, заключается в том, что все средства поражения (перехватчики) являются равнозначными, кроме того, для средств поражения не учитывается пространственная ограниченность района расположения целей.

Известен способ и устройство выбора стратегии целераспределения по групповым объектам [3], который позволяет, в частности, осуществлять выбор необходимой стратегии боевых действий, проводить оценку своих потерь и нанесенного противнику ущерба. Однако, в рамках данного изобретения не учитываются детально характеристики объектов поражения (важность, защищенность, координаты). Кроме того, не учитываются возможные ограничения на область применения боевых средств поражения их досягаемость. Указанные недостатки ограничивают область применения данного изобретения к решению задачи целераспределения средств поражения с учетом возможных ограничений по зонам их назначения и оценке соответствующей величины наносимого противнику ущерба.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ выбора объектов поражения и устройство для его реализации, позволяющие решать задачу планирования нанесения удара по объектам поражения противника при применении ограниченного количества разнотипных средств поражения [4]. Указанный способ заключается в том, что по данным объектов поражения, характеризующим боевой и военно-экономический потенциал противника, по данным средств поражения, вычисляют вероятность поражения каждого объекта каждым средством поражения, формируют элементы для выбора объектов поражения и для назначения средств поражения, осуществляют поиск и выбор максимального значения элемента для каждого средства поражения, проводят предварительное закрепление назначенного средства поражения на объект поражения, проверяют количество средств поражения в средстве доставки, при этом:

если в рассматриваемом средстве доставки больше одного средства поражения, то формируют объекты поражения по группам, на основе которых выбирается комбинация средств поражения обеспечивающая максимальное значение сниженного боевого и военно-экономического потенциала противника;

если в рассматриваемом средстве доставки одно средство поражения, то выбирают объект поражения для назначенного средства поражения, определяют текущее значение сниженного боевого и военно-экономического потенциала противника, определяют новые значения важности объектов поражения после назначения по ним средств поражения.

Затем определяют общее значение сниженного боевого и военно-экономического потенциала противника после распределения всех средств поражения по объектам поражения, определяют лучшую комбинацию объектов поражения, приводящую к максимальному снижению боевого и военно-экономического потенциала противника [4].

Недостатком данного изобретения является совокупность связей между элементами устройства, посредством которой реализуется выбранный способ целераспределения, не обеспечивающие при решении задачи целераспределения выбор группы объектов с максимальным приращением ущерба (потерь).

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение потенциальных потерь противника при ударе по его объектам согласно сформированному плану целераспределения средств поражения с учетом заданных ограничений на их количество и район назначения боевых частей. Требуемый технический результат достигается тем, что устройство содержит пять блоков арифметических, семь блоков памяти, семь блоков логических, три счетчика, датчик случайных чисел, блок визуализации. Указанный состав предложенного устройства позволяет реализовать подход, обеспечивающий формирование плана целераспределения средств поражения, которому соответствует максимальная величина потенциальных потерь противника, с учетом ограничений по зонам назначения боевых частей. Сущность реализуемого в устройстве подхода заключается в следующем:

предварительно, до непосредственного закрепления средств поражения, формируются группы объектов противника для всех типов средств поражения [7];

для предварительного формирования групп объектов поражения применяют метод кластерного анализа - алгоритм FOREL [5], который, во-первых, позволяет определять группы объектов поражения с учетом ограничений по назначению в пределах заданной области разведения средств поражения (боевых частей), во-вторых, позволяет формировать группы объектов поражения с максимальной их концентрацией в пределах области, соответствующей зоне разведения; при этом особенность применения алгоритма FOREL к данной задаче заключается в том, что, во-первых, формируемая область, соответствующая зоне разведения, применительно к которой проверяется принадлежность объектов противника, является прямоугольной, во-вторых, данная область ориентируется относительно меридиана, на основе вычисления значения ортодромического путевого угла [6];

для каждой предварительно сформированной группы объектов противника и каждого типа комплекса средств поражения оценивают суммарное приращение ущерба при закреплении боевых частей по объектам в пределах каждой группы; оценивание приращения ущерба для каждой группы объектов поражения и боевых частей одного средства поражения осуществляется на основе применения оптимизационного метода максимального элемента;

производят закрепление боевых частей средства поражения за объектами одной из групп, для которых на одной итерации закрепления величина приращения ущерба будет максимальной;

уточняют значения коэффициентов важности объектов поражения с учетом закрепленных боевых частей (средств поражения);

распределяют средства поражение до тех пор, пока не будут распределены все средства поражения группировки комплексов средств поражения.

Сущность устройства, реализующего рассмотренный подход [4], поясняется схемой, представленной на фигуре 1. Устройство включает следующие элементы: семь блоков памяти (БП 1 - БП 7); семь блоков логических (БЛ 1 - БЛ 7); пять блоков арифметических (БА 1 - БА 5); три счетчика (СЧ 1 - СЧ 3); датчик случайных чисел; блок визуализации.

При этом БП 1 соединен с входом БА 1 и с входом БА 4, ДСЧ соединен с входом БА 1, БА 1 соединен с входом БЛ 1, БЛ 1 соединен с входом БП 2, БП 2 соединен с входом БА 2, входом БЛ 2 и входом БП 3, БЛ 2 соединен с входом БП 2, СЧ 1 соединен с входом БП 3, БП 3 соединен с входом БА 1 и входом БЛ 3, БЛ 3 соединен с входом БА 3, БА 3 соединен с входом СЧ 2 и входом БП 4, СЧ 2 соединен с входом БП 4, БП 4 соединен с входом БП 5 и с входом БЛ 4, БЛ 4 соединен с входом БА 1 и с входом БП 4, БП 5 соединен с входом БА 4, БА 4 соединен с входом БП 6, БП 6 соединен с входом БЛ 5, БЛ 5 соединен с входом БЛ 6, БЛ 6 соединен с входом БА 5 и с входом БП 7, БА 5 соединен с входом СЧ 3 и входом БП 7, БП 7 соединен с входом БВ, СЧ 3 соединен с входом БП бис входом БЛ 7, БЛ 7 соединен с входом БЛ 5 и с входом БВ.

Устройство функционирует следующим образом.

В БП 1 вводятся исходные данные, характеризующие: группировку комплексов средств поражения: - массив данных, содержащих количество средств поражения, - количество средств поражения n-го типа; - массив данных, содержащий количество боевых частей, - количество боевых частей на одном средстве поражения n-го типа; для каждого средства поражения n-го типа размеры сторон зоны разведения боевых частей a_n (по дальности), b_n (по боковому направлению); координаты центра района применения средств поражения - массив данных, характеризующих возможности средств поражения, p_ng - вероятность поражения g-то объекта противника боевой частью средства поражения n-го типа;

объекты поражения, представлены множеством для каждого g-то объекта известны географические координаты ϕ_g (широта), λ_g (долгота), коэффициент важности e_g;

В рамках устройства для оценки потенциальных потерь противника используется выражение, отражающее среднее взвешенное количество уничтоженных объектов поражения

где m_ng - количество боевых частей n-го типа, назначенных на g-ый объект поражения.

Результатом применения устройства являются выводимые в блок визуализации:

план целераспределения боевых частей средств поражения, представленный матрицей вида размерностью N×G;

значение величины потенциальных потерь противника

При этом в рамках устройства формирование плана целераспределения боевых частей средств поражения осуществляется из условия максимизации ущерба что обеспечивает нахождение близкого к оптимальному плана.

Из БП 1 данные поступают в блок арифметический БА 1, в котором сначала устанавливаются начальные значения переменных, используемых в процессе формирования групп объектов поражения: промежуточное множество G_пр=∅ (промежуточное множество используется для включения объектов, принадлежащих области Ψ_Т (зоне разведения боевых частей), при вычислении координат точки нумерация формируемых групп ОП начиная с с_n=1; множество формируемых групп Затем на основе значения из ДСЧ, определяющего объект поражения, координаты которого используются в качестве центральной точки области разведения БЧ; вычисляется значение параметра α, характеризующего ориентацию области Ψ_Т относительно меридиана в точке Ориентация области Ψ_Т осуществляется таким образом, чтобы точка была ее центром, а сторона a_n параллельна плоскости, проходящей через точку старта средства поражения n-го типа и центр области фиг. 2.

Для определения угла α применяется формула расчета ортодромического путевого угла, под которым понимается угол образуемый ортодромией и меридианом в точке пересечения [6]:

Из БА 1 в БЛ 1 передаются данные о центральной точке области проверки и значение угла α, на основе которых в БЛ 1 проверяется принадлежность объектов поражения к области Ψ_Т путем сравнения расстояния ρ(g, О_т) от g-го объекта с координатами {ϕ_g, λ_g) из множества объектов G_оп до центра области Ψ_Т и расстояния от точки до точки на границе прямоугольной области Ψ_Т в направлении на проверяемый объект g(ϕ_g, λ_g), фиг. 2.

При выполнении условия g-й ОП включается в промежуточное множество которое сохраняется в БП 2.

В БА 2 для объектов включенных в G_пр (из БП 2) осуществляется вычисление координат геометрического центра множества точек, соответствующих координатам g-ых объектов, включенных в промежуточное множество G_пр, на основе выражений где n_пр - количество элементов в промежуточном множестве G_пр.

Значения ϕ_цт и λ_цт, а также данные по объектам, включенным в промежуточное множество G_пр, из БП 2 вводятся в БЛ 2, в котором осуществляется проверка условия совпадения геометрического центра точек, соответствующих ОП в множестве G_пр, и центра области Ψ_Т.

В случае невыполнения условия из БЛ 2 выдаются команды:

на обнуление данных промежуточного множества в БП 2;

на присвоение значений координат центральной точки О_т(ϕ_т, λ_т) области Ψ_Т значений ϕ_цт и

В случае выполнения условия из БЛ 2 выдается команда: в БП 2 на передачу данных выбранных объектов в очередную группу ОП и их сохранение в БП 3. При этом после окончания загрузки данных СЧ 1 присваивает группе объектов очередной номер с_n и активизируется БЛ 3.

В БЛ 3 на основании данных о количестве объектов поражения из БП 1 и данных сформированных группах проверяется условие распределения всех объектов по группам (G_оп=∅).

В случае невыполнения условия в БЛ 3 (G_оп=∅) ДСЧ вырабатывает новое случайное число и активизируется БА 1.

В случае выполнения условия в БЛ 3 (G_оп=∅), для сформированных групп ОП в БА 3 осуществляется вычисление функционала качества на основании выражения и выдается команда на формирование очередного значения СЧ 2. Вычисленное значение функционала F(Ф_nr) и соответствующий вариант формирования групп объектов сохраняется в БП 4. Далее в БЛ 4 проверяется выполнение условия по максимальному количеству итераций процедуры формирования групп ОП (r=r_max). В случае невыполнения условия в Б Л 4 (r=r_max) присваивается очередное значение номеру г процедуры формирования групп ОП, и активизируется БА 1, а также определяется новое значение в ДСЧ. В случае выполнения условия (r=r_mах) из БЛ 4 выдается команда на выбор из БП 4 и передачу данных в БП 5 того варианта сформированных групп объектов, для которого значение F(Ф_nr) максимально. После чего активизируется БА 4.

В БА 4 вводятся исходные данные:

из БП 1 массивы данных по количеству средств поражения ||N_СПn||, по количеству ББ ||N_БЧn||, по значениям вероятности доставки ББ к объектам ||p_ng||, по значениям коэффициентов важности объектов ||e_g||;

из БП 5 массивы данных по сформированным группам {Ф₁, Ф₂, …, Ф_n, …, Ф_N}.

Также в БА 4 устанавливаются исходные значения переменных процесса закрепления средств поражения и боевых частей:

номер закрепленного средств поражения t=1;

значения вспомогательных переменных для всех где - математическое ожидание сохранившегося значения важности g-го объекта, с учетом воздействия по объекту боевых частей, назначенных к t-ой итерации; r_ng - элемент вспомогательной матрицы распределения боевых частей средств поражения ||r_ng||, соответствует количеству предварительно закрепленных боевых частей за g-ым ОП; w_ng - значение ущерба g-му объекту для предварительно закрепленных боевых частей; - номер выбранной на t-й итерации группы объектов для n-го типа средств поражения;

значение максимального ущерба в группах для всех

значение показателя ущерба на t-ом шаге

значения промежуточного варианта целераспределения боевых частей средств поражения на t-ой операции

На основе полученных данных в БА 4 предварительно распределяются боевые части средств поражения в пределах всех групп объектов {Ф₁, Ф₂, …, Ф_n, …, Ф_N}. Предварительное закрепление фиксируется в матрице r_ng. Оцениваются величины приращения ущерба в пределах каждой группы объектов для каждого типа средств поражения, в которых на t-й итерации имеются средства поражения (N_Pn>0). При этом в БА 4 реализуется цикл по всем типам средств поражения а также в рамках каждого n-го типа вложенный цикл по всем группам Результатом данного цикла является матрица предварительного закрепления боевых частей средств поражения r_ng и множество значений приращения ущерба где Полученные данные сохраняются в БП 6.

На основе данных из БП 6 в БЛ 5 выбирается средство поражения n-го типа с максимальным значением приращения ущерба в группе объектов Для этого в множестве данных определяется значение, соответствующее максимальному ущербу,

Для текущей t-ой итерации цикла значения типа средства поражения n'=n и номер соответствующей группы ОП передаются в БЛ 6. В БЛ 6 окончательно закрепляются боевые части выбранного средства поражения n-го типа за объектами, принадлежащими группе ОП

Закрепление фиксируется в промежуточном варианте целераспределения значение элемента матрицы ϑ_t увеличивается на количество r_ng предварительно закрепленных боевых частей n-го типа за g-ми ОП (т.е. для которых r_ng>0) и принадлежащих группе ОП :

Полученные таким образом значения промежуточного варианта целераспределения сохраняются в БП 7.

В БА 5 на основе значения полученного из БЛ 6 для выбранной группы объектов и типа средств поражения осуществляется вычисление текущего значения ущерба наносимого противнику на основе выражения Значение сохраняется в БП 7. Затем в БА 5 пересчитываются значения для g-ых объектов, по которым на данной итерации t назначены боевые части средств поражения:

В СЧ 3 осуществляется увеличение на единицу переменной цикла процесса распределения (t=t+1), а также фиксируется выбор на t-ой итерации средства поражения n-го типа: Полученные значения сохраняются в БП 6.

В БЛ 7 проверяется выполнение условия выбора всех ракет группировки РВСН (t=T). В случае выполнения условия (t=T) в БВ отображаются данные из БП 7 по целераспределению в виде матрицы и значение величины потенциальных потерь противника В случае невыполнения условия (t≠T) осуществляется активизация БЛ 5.

Таким образом, результатом применения предлагаемого устройства являются план целераспределения боевых частей средств поражения в виде матрицы и соответствующее ему значение величины ущерба наносимого противнику.

Предлагаемое изобретение промышленно применимо, поскольку в его основу положены операции и процедуры, широко распространенные в автоматизированных вычислительных системах и системах управления, и может быть реализовано как в виде устройства со специализированными блоками, так и на основе персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением для осуществления предусмотренных функций.

Источники информации

1. RU №2419140 С2, 20.05.2011.

2. RU №2690234 С1, 31.05.2019.

3. RU №2469386 С2, 10.12.2012.

4. RU №2595601 С2, 27.08.2016.

5. Загоруйко, Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний / Н.Г. Загоруйко // Издательство: Институт математики Сибирского отделения Российской Академии Наук. Новосибирск, 1999. - с. 38-39.

6. Лавский, В.М. Справочник летчика и штурмана. Под ред. В.М. Лавского. М.: Воениздат. 1974. - 504 с.

7. Ролдугин, В.Д. Методика решения задачи целераспределения боевых блоков группировки ракетных комплексов стратегического назначения с учетом их разнотипности на основе предварительного формирования групп / Ролдугин В.Д., Володин А.А. // Стратегическая стабильность. Научно-практический междисциплинарный журнал. 2021. №1 (94). - с. 16-20.

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники для авиации. Технический результат заключается в повышении точности целераспределения комплексов средств поражения. Технический результат достигается за счёт того, что устройство включает семь блоков памяти (БП 1 - БП 7); семь блоков логических (БЛ 1 - БЛ 7); пять блоков арифметических (БА 1 - БА 5); три счетчика (СЧ 1 - СЧ 3); датчик случайных чисел (ДСЧ); блок визуализации (БВ). При этом БП 1 соединен с входом БА 1 и с входом БА 4, ДСЧ соединен с входом БА 1, БА 1 соединен с входом БЛ 1, БЛ 1 соединен с входом БП 2, БП 2 соединен с входом БА 2, входом БЛ 2 и входом БП 3, БЛ 2 соединен с входом БП 2, СЧ 1 соединен с входом БП 3, БП 3 соединен с входом БА 1 и входом БЛ 3, БЛ 3 соединен с входом БА 3, БА 3 соединен с входом СЧ 2 и входом БП 4, СЧ 2 соединен с входом БП 4, БП 4 соединен с входом БП 5 и с входом БЛ 4, БЛ 4 соединен с входом БА 1 и с входом БП 4, БП 5 соединен с входом БА 4, БА 4 соединен с входом БП 6, БП 6 соединен с входом БЛ 5, БЛ 5 соединен с входом БЛ 6, БЛ 6 соединен с входом БА 5 и с входом БП 7, БА 5 соединен с входом СЧ 3 и входом БП 7, БП 7 соединен с входом БВ, СЧ 3 соединен с входом БП 6 и с входом БЛ 7, БЛ 7 соединен с входом БЛ 5 и с входом БВ. 2 ил.

Устройство целераспределения группировки комплексов средств поражения с учетом ограничений по зонам их назначения, содержащее два блока логических, блок арифметический, блок памяти, блок визуализации, отличающееся тем, что в его состав введены четыре блока арифметических, шесть блоков памяти, пять блоков логических, три счетчика, датчик случайных чисел, при этом блок памяти один соединен с входом блока арифметического один и с входом блока арифметического четыре, датчик случайных чисел соединен с входом блока арифметического один, блок арифметический один соединен с входом блока логического один, блок логический один соединен с входом блока памяти два, блок памяти два соединен с входом блока арифметического два, входом блока логического два и входом блока памяти три, блок логический два соединен с входом блока памяти два, счетчик один соединен с входом блока памяти три, блок памяти три соединен с входом блока арифметического один и входом блока логического три, блок логический три соединен с входом блока арифметического три, блок арифметический три соединен с входом счетчика два и входом блока памяти четыре, счетчик два соединен с входом блока памяти четыре, блок памяти четыре соединен с входом блока памяти пять и с входом блока логического четыре, блок логический четыре соединен с входом блока арифметического один и с входом блока памяти четыре, блок памяти пять соединен с входом блока арифметического четыре, блок арифметический четыре соединен с входом блока памяти шесть, блок памяти шесть соединен с входом блока логического пять, блок логический пять соединен с входом блока логического шесть, блок логический шесть соединен с входом блока арифметического пять и с входом блока памяти семь, блок арифметический пять соединен с входом счетчика три и входом блока памяти семь, блок памяти семь соединен с входом блока визуализации, счетчик три соединен с входом блока памяти шесть и с входом блока логического семь, блок логический семь соединен с входом блока логического пять и с входом блока визуализации.