Патент на изобретение №2399098

(54) СПОСОБ ПОЛУНАТУРНОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ВООРУЖЕНИЯ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к моделям и математическому статистическому моделированию. Используют различные сценарии внешней обстановки, формирующейся вокруг корабля, моделируют аппаратно-программное и информационно-сигнальное окружение надводного корабля, содержание которого формируется с помощью 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 исследуемого средства радиоэлектронного вооружения надводного корабля в различных условиях его функционирования. Техническим результатом изобретения является создание системы полунатурного имитационного моделирования испытаний средства радиоэлектронного вооружения надводного корабля, позволяющей на этапе его проектирования и изготовления проводить исследование функционирования средств путем испытаний макетных, опытных и иных образцов этого средства в заводских условиях в различных моделируемых условиях внешней среды. 1 ил.

Изобретение относится к моделям и математическому статистическому моделированию.

Изобретение предназначено для отработки средств радиоэлектронного вооружения надводного корабля (РЭВ НК) путем проведения испытаний методом электронных стрельб, пусков и полетов и позволяет оценить работоспособность этих средств с использованием информационных потоков, соответствующих информационным потокам, с которыми взаимодействует конкретное средство РЭВ НК при проведении реальных испытаний.

Техническим результатом и задачей заявленного способа является создание системы полунатурного имитационного моделирования испытаний средства РЭВ НК, позволяющей на этапе его проектирования и изготовления провести исследование функционирования средства путем испытаний макетных, опытных и иных образцов этого средства в заводских условиях в различных моделируемых условиях внешней среды, позволяя сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие испытания сложных технических систем и подготовку их к установке на корабль.

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, опубл. 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 эксплуатации которого проводятся моделирование и обучение).

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

Техническим результатом и задачей заявленного способа является создание системы полунатурного имитационного моделирования испытаний средства РЭВ НК, позволяющей на этапе его проектирования и изготовления провести исследование функционирования средства путем испытаний макетных, опытных и иных образцов этого средства в заводских условиях в различных моделируемых условиях внешней среды.

Таким образом, изобретение направлено на создание системы полунатурного имитационного моделирования испытаний средства РЭВ НК, позволяющей сократить расходы на проведение организационно-технических мероприятий и материально-техническое обеспечение, сопровождающие испытания сложных технических систем и подготовку их к установке на корабль.

Технический результат достигается тем, что способ полунатурного статистического моделирования радиоэлектронного вооружения надводных кораблей характеризуется тем, что используют различные сценарии внешней обстановки, формирующейся вокруг корабля, моделируют аппаратно-программное и информационно-сигнальное окружение надводного корабля, содержание которого формируется с помощью 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 исследуемого средства радиоэлектронного вооружения 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), здесь 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.

Создают компьютерный программно-аппаратный комплекс с программным обеспечением, моделирующим функционирование средств получения информации о внешней среде, средств связи с удаленными системами, исполнительных средств боевых контуров НК, которые взаимодействуют с испытуемым средством РЭВ НК.

Устанавливают на корабле группу компьютеров с программным обеспечением, соответствующим моделям средств получения информации о внешней среде, моделям средств связи с удаленными системами, взаимодействующими с испытуемым средством РЭВ НК, моделям исполнительных средств НК, контролируемых и/или управляемых испытуемым средством РЭВ НК, а также устанавливают приборы преобразования информационно-управляющих сигналов и коммутаторы, которые позволяют произвести подключение означенной группы компьютеров к блокам штатной коммутации исследуемого средства РЭВ НК для установления обмена инфомационно-управляющими сигналами исследуемого средства РЭВ НК с данными моделями, имитирующими обмен исследуемого средства РЭВ НК с реальными средствами получения информации о внешней среде, средствами связи с удаленными системами, взаимодействующими с испытуемым образцом РЭВ НК и с исполнительными средствами системы РЭВ НК, контролируемыми и/или управляемыми исследуемым средством РЭВ НК.

С целью проведения исследований работоспособности образца РЭВ НК устанавливают группу компьютеров, имитирующих внешнюю воздушную, наземную, надводную и подводную обстановку, складывающуюся вокруг НК при проведении испытаний средства РЭВ 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 данного средства в составе его РЭВ. 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, гидроакустических, 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: (t)=(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)+(t). На следующем этапе массив данных о внешней обстановке Q'(t) поступает в модель 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 РЭВ корабля, включающая исследуемое средство РЭВ – Исполнительные устройства» при проведении полунатурных испытаний средства РЭВ НК в моделируемых условиях. 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), здесь 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 для реализации полунатурных испытаний средства РЭВ НК.

В соответствии со схемой информационно-управляющие сигнальные потоки от исследуемого образца средства РЭВ НК (уровень 1) через коммутирующие устройства уровня 2 поступают в компьютерный комплекс уровня 3, имитирующий работу всей системы РЭВ НК в целом, где в результате имитации ее функционирования формируются информационно-управляющие данные обеспечения имитации работы моделей уровня 4 (исполнительных устройств, механизмов, систем), которые в результате функционирования воздействуют на объекты и состояние имитируемой внешней среды уровня 5 (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 среды 5 на уровень 3 в модели систем получения и приема-передачи информации и уровень 4 исполнительных систем НК поступают в математически модельной форме имитированные на уровне 5 сигналы гидроакустических и радиочастотных локационных, помеховых полей, радиополей 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 моделей оборудования систем получения и передачи информации и исполнительных устройств выработанная информация уровня 3 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 системе РЭВ НК между средством РЭВ, представленным исследуемым натурным образцом, и реальными исполнительными системами, системами приема передачи и получения информации на НК, которые представлены моделями на уровнях 3 и 4. Полученная через уровень 2 информация на уровне 1 проходит обработку с участием реальной программно-аппаратной среды испытуемого средства РЭВ НК и работы операторов на нем, после выработки информации, необходимой для работы программно-аппаратной среды уровня 3, она передается через уровень коммутаторов 2 на уровень 3, далее через уровень 4 к уровню 5, и цикл управления непрерывно повторяется.

При имитации работы системы РЭВ НК в целом и исполнительных механизмов на уровнях 3 и 4 и процессов и объектов, представленных во внешней среде на уровне 5, 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 исследования испытуемого средства РЭВ НК с целью снижения материальных затрат до этапов установки этого средства на корабль и проведения приемо-сдаточных испытаний.

Формула изобретения

Способ полунатурного статистического моделирования радиоэлектронного вооружения надводных кораблей, отличающийся тем, что используют различные сценарии внешней обстановки, формирующейся вокруг корабля, моделируют аппаратно-программное и информационно-сигнальное окружение надводного корабля, содержание которого формируется с помощью 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 исследуемого средства радиоэлектронного вооружения 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.

РИСУНКИ