Разработка интерактивной автоматизированной системы планирования действий авиации в операциях поражения корабельных групп

В последние десятилетия в нашей? стране и за рубежом повышенное внимание уделяется созданию систем автоматизированного планирования" применения летательных аппаратов (ЛА) и их средств поражения (СИ).

Это обусловлено следующими факторами: ¦

1) большим количеством. и разнообразием типов JIA, привлекаемых для: выполнения целевых задач по наземным, морским или воздушным целям. В состав авиационных тактических подразделений: входят ударные JIA, решающие основную задачу, и обеспечивающие JTA, выполняющие функции: доразведки и целеуказания, демонстративных действий, сопровождения или прикрытия, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и др.;

2) разнообразием современных СП, которыми оснащаются JIA;

3) присутствием в процессе планирования неопределенностей, порождаемых как недостаточной априорной информированностью о целевых объектах, так иактивным помеховым и огневымпротиводействием со стороны противника.

Комбинация всех вышеперечисленных факторов порождает огромное разнообразие вариантов планов (сценариев) применения авиационных групп, анализ которых специалистом без внедрения средств автоматизации в процесс планирования невозможен [1−3].

Сложности, связанные с планированием действий подразделений авиации различного тактического назначения, в наибольшей степени проявляются в операциях против корабельных групп (КГ), включая авианесущие многоцелевые группы (AMT), задача поражения которых является одной из основных для авиации на морских (океанских) театрах военных действий (ТВД). Современная AMT является чрезвычайно сложной и многофункциональной динамической системой, объединяющей: авианосецкорабли, решающие различные функциональные задачибоевые воздушные патруликорабельные и авиационные средства освещения воздушной (COBO) и надводной обстановки, в том числе комплексы дальнего радиолокационного обнаружения и управления (ДРЛОУ) — корабельные и воздушные системы РЭБ, а также систему ПВО, включающую средства истребительной авиации и корабельные зенитные комплексы.

Планирование действий сил и средств авиации" при нанесении ударапо AMF требует разработки, наиболее предпочтительного (с точки зрения принятого критерияоптимальности) сценария их применения^, предполагающего пространственно-временную координацию" (траекторную, информационную, огневую) действий членов авиационной группировки. Наиболее полно такая координация может быть обеспечена за счет использования комплекса имитационных математических моделей, максимально адекватно описывающих пространствен но-временное состояние всех JIA, участвующих в данной операции, условия и результаты применения СП, помеховую обстановку, корабельные и авиационные средства AMT, функционирование средств обнаружения и огневого противодействия в составе AMT. Однако совершенно очевидно, что анализ даже одного варианта действий подразделений авиации в указанной операции с помощью комплекса имитационных математических моделей такой сложности и объема потребует колоссальных вычислительных затрат.

В связи с этим, подобный комплекс имитационных моделей целесообразно рассматривать не как инструмент генерации разнообразных вариантов применения авиационных групп, а как средство глубокого анализа ограниченного числа рациональных вариантов планирования [7,57,58,60].

С учетом вышесказанного, чрезвычайно актуальной становится задача разработки конструктивных алгоритмов и реализующего их программного комплекса, как компоненты планирования действий авиации против АМГ, основу которой составляет система агрегированных математических моделей операций поражения КГ. Главная цель данной компоненты планирования ср-стоит в том, чтобы помочь специалистам, принимающим окончательное решение в задаче планирования, оперативно выделить ограниченный набор наиболее предпочтительных (в смысле выбранного критерия) вариантов применения авиационных групп для их последующего детального анализа с привлечением комплекса имитационных математических моделей.

Диссертационная работа посвящена решению задачи разработки интерактивной автоматизированной системы планирования действий авиации различного тактического назначения как компоненты программного комплекса имитационного моделирования операций поражения корабельных групп силами и средствами авиации.т.

В настоящее время в отечественной литературе отсутствуют аналоги предложенной интерактивной автоматизированной системы планирования применительно к операции нанесения удара по AMT.

Целью данной работы является повышение оперативности планирования действий авиации различного тактического назначения, достоверности, объективности и точности его результатов путем использования интерактивной автоматизированной системы планирования как компоненты программного комплекса имитационных математических моделей применительно к операции поражения AMT.

Задачи исследования.

Для достижения сформулированной цели диссертационной работы требуI ется решение комплекса теоретических и практических задач, главными из которых являются:

— обоснование и формализация критериев оценки предпочтительности вариантов применения авиационных групп в рассматриваемой операции;

— разработка методики планирования действий авиационных подразделений различного тактического назначения на основе декомпозиции операции нанесения удара по AMT в виде комплекса целевых подзадач;

— разработка агрегированных математических моделей, составляющих основу методики планирования, обеспечивающих приемлемый на практике компромисс между сложностью моделей и точностью результатов моделирования;

— программная реализация разработанных моделей и их интеграция в структуру интерактивной компоненты планирования;

— интеграция разработанной компоненты планирования в состав программного комплекса имитационных математических моделей операций поражения КГ силами и средствами авиации;

— оценкаэффективности разработанной интерактивной компонентыпланирования с использованием комплекса имитационных моделей!

Для решения поставленных в работе задач применяются следующие методы исследования: математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления, теории, вероятностей и математической статистики, методы оптимизации сложных систем, методы оптимального распределения ресурсов, методы системного анализа и синтеза сложных систем, технология объектно-ориентированного программирования на языках программирования высокого уровня, методы математического и имитационного моделирования.

Объект исследования — процесс планирования действий^ авиации в операциях поражения КГ.

Предмет исследования — интерактивная автоматизированная система планирования действий авиации применительно к операции поражения AMT.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— сформулирована математическая постановка задачи' планирования действий авиации применительно к операции поражения AMT как задачи математического программирования, использующей в качестве критерия оптимальности стоимость операции, а в качестве ограничений — объемы потерь атакующей авиационной группировки и AMT;

— проведен анализ операции нанесения удара по AMT силами авиации и предложен вариант декомпозиции задачи планирования действий авиации в виде комплекса взаимосвязанных частных подзадач;

— на основе проведенной декомпозиции разработана методика решения задачи планирования боевых действий авиационных групп различного тактического назначения в операции нанесения удара по AMT в условиях интенсивной ПВО;

— разработаны агрегированные математические модели, составляющие основу предложенной' методики планирования, обеспечивающие приемлемую на практике точность результатов моделирования операции нанесения удара по AMF;

— выполнена программная реализация разработанных моделей и их интеграция в структуру интерактивной автоматизированной системы планирования;

— произведена интеграция разработанной компоненты автоматизированного планирования в состав комплекса имитационных математических моделей операций поражения КГ силами и средствами авиации;

— проведено имитационное моделирование сформированных сценариев действий авиации, подтвердившее, что конструктивное решение задачи планирования применительно к сложной, многокомпонентной модели операции поражения AMT может быть достигнуто путем создания интерактивной автоматизированной системы планирования, позволяющей JULJUP выделить ограниченный набор предпочтительных вариантов применения сил и средств авиации на основе агрегированных моделей, описывающих базовые этапы операции.

Практическая значимость.

1. Разработанная автоматизированная компонента планирования и комплекс имитационных математических моделей использованы в процессе выполнения 3-х НИР и одной ОКР [63−66].

2. Комплекс имитационных математических моделей и результаты, полученные в диссертационной работе, применяются в учебном процессе кафедры «Системное проектирование авиакомплексов» Московского авиационного института (государственного технического университета).

3. Представленные в диссертационной работе имитационные математические модели применяются для:

— обоснования-тактико-технических требований к перспективным пилотируемым и беспилотным АБК, используемым в операциях поражения КГ;

— обоснования рационального облика и типажа противокорабельного оружия;

— подготовки и планирования боевых действий ударных и обеспечивающих групп авиации, выполняющих задачу поражения КГ;

— выбора рациональных способов действий сил и средств авиации при преодолении системы, ПВО КГ;

— комплексного анализа эффективности сил и средств системы ПВО кораблей и корабельных групп.

Практическое применениерезультатов диссертационной работы в перечисленных выше прикладных областях подтверждено соответствующими актами о внедрении в учебный процесс кафедры «Системное проектирование авиакомплексов» МАИ, а также в практическую и научную деятельность Федерального государственного унитарного предприятия «Федеральный научно-производственный центр «Прибор» (ФГУП ФНПЦ «Прибор»). На защиту выносятся следующие основные положения:

— математическая постановка задачи планирования действий сил и средств авиации применительно к операции поражения AMT;

— методика планирования действий авиационных подразделений на основе декомпозиции операции поражения AMT в виде комплекса целевых подзадач;

— комплекс агрегированных математических моделей, составляющих основу методики, и их программная реализация в составе интерактивной автоматизированной системы планирования;

— интеграция интерактивной автоматизированной системы планирования в состав программного комплекса имитационных математических моделей операций поражения КГ силами и средствами авиации;

— результаты имитационного моделирования, подтверждающие оперативность и достоверность проведенного планирования.

Достоверность научных положений и результатов. Изложенные в работе положения, выводы и рекомендации подтверждены теоретическими и эксI периментальными исследованиями, проведенными на комплексе имитационных математических моделей.

Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на:

— Н-й Российско-Китайской международной конференции по проектированию аэрокосмической техники (Москва, МАИ, 2007 г.);

— УШ-й Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов» (Москва, МАИ, 2010 г.);

— совместном научном семинаре кафедр «Системное проектирование авиакомплексов», «Системный анализ и управление» и «Информационно-управляющие комплексы ЛА» МАИ.

Таким образом, результаты, полученные в данной диссертационной работе, прошли апробацию и внедрение.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из которых 2 — статьи в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК Минобрнауки России, одно учебное пособие с грифом «Учебно-методического объединения высших учебных заведений РФ по образованию в области авиации, ракетостроения и космоса», 3 публикации в сборниках трудов конференций.

Основные результаты диссертации отражены в 4-х научно-технических отчетах [63−66].

Диссертационная работа включает: список принятых сокращений, введение, 4 главы, заключение, приложение и список использованных источников из 71 наименования. Объем работы составляет 163 страницы печатного текста, в том числе 3 таблицы, 53 рисунка.

Выводы к главе 4.

Кратко рассмотрена структура системы имитационных математических моделей операций поражения КГ, используемых для анализа работоспособности и эффективности интерактивной автоматизированной системы планирования авиации.

С помощью разработанной интерактивной автоматизированной системы планирования был сформирован тестовый вариант сценария действий авиационных групп различного тактического назначения в задаче поражения AMT.

Проведено тестирование спланированного сценария с использованием системы имитационных математических моделей операций поражения КГ. Тестирование полностью подтвердило работоспособность разработанной компоненты планирования при формировании рациональных сценариев действий авиации в операциях поражения КГ. Реализация сформированного плана операции обеспечила поражение главной цели AMT — авианосца по заданному типу. К положительным результатам применения данной автоматизированной системы можно отнести несущественные отличия величины суммарной стоимости сил и средств авиации, закладываемой при планировании, от ее результирующего значения, полученного после проведения имитационного моделирования спланированных сценариев, при условиях нанесения фактического ущерба AMT не менее заданного, и обеспечения величины собственных потерь авиационной группировки не более допустимого уровня. Преимуществом интеграции данной системы в состав комплекса имитационных математических моделей является тот факт, что производится не только решение задачи планирования действий авиационных тактических формирований в операциях поражения КГ, но и анализ эффективности разработанных сценариев посредством имитационного моделирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. С учетом особенностей и современных тактик проведения операции! поражения AMT, предложен вариант математической постановки задачи^ оптимального планирования как задачи математического программирования, минимизируемым критерием в которой является стоимость применения сил и средств авиации при условиях нанесения ущерба1 противнику не ниженормативного и обеспечения уровня собственных потерь авиационной группировки не выше допустимого.

2. Обоснован вариант декомпозиции сформулированной задачи условной оптимизации в виде комплекса частных подзадач. i.

3. На базе предложенного варианта декомпозиции разработана методика планирования действий сил и средств авиации различного тактического назначения в операции нанесения удара по AMT.

4. Спроектирована архитектура интерактивной автоматизированной системы, реализующая, указанную методику планирования, достоинством которой является возможность оперативной коррекции сценариев специалистом в интерактивном режиме диалога с данной системой и получения ограниченного набора вариантов планирования, оптимальных в смысле принятого критерия. Сформулированы требования, предъявляемые к данной системе на этапе ее проектирования.

5. Выполнена программная реализация агрегированных математических моделей, описывающих различные этапы операции поражения AMT, и их интеграция в структуру интерактивной автоматизированной системы I планирования.

6. Произведена интеграция разработанной системы планирования в состав программного комплекса имитационного моделирования операций поражения КГ силами и средствами авиации различного тактического назначения.

7. Проведен анализ эффективности сформированных вариантов сценариев действий авиационной группировки средствами имитационного математического моделирования, который продемонстрировал, что разработанная интерактивная автоматизированная система планирования обеспечивает решение задачи поражения AMT с заданным уровнем ущерба при минимальных затратах.