страница 10. Сборник тезисов докладов
 Скачать 3.87 Mb.
|
|
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТНО- ДАЛЬНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОИСКА И ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ К.В. Обросов, В.Я. Ким, В.М. Лисицын (ФГУП «ГосНИИАС») В докладе приведены основные результаты моделирования поиска- обнаружения-распознавания наземных объектов с помощью самолетных тепловизионных систем (ТПС). Приводится анализ влияния основных факторов на вероятностно-дальностные характеристики системы «сцена – оптическая трасса – тепловизионный канал – человек» при изменяющемся качестве изображения в процессе поиска из-за сближения носителя с объектом. Одной из отличительных особенностей моделирования является учет влияния изменений тепловизионного (ТП) изображения во время поиска, обнаружения и распознавания объекта из-за сближения с ним при поиске. Модель разработана с учетом влияния следующих факторов: уменьшение дальности до искомого объекта и, следовательно, постепенное улучшение линейного разрешения на его поверхности; увеличение коэффициентов пропускания атмосферой излучений объекта и фона и, следовательно, нарастание отношения сигнала к шуму в процессе поиска; быстрое уменьшение разности протяженностей оптических трасс ТПС - «объект» и ТПС - «фон за объектом», что приводит к существенной вариабельности контрастов на контуре объекта (часто с изменением их знака во время поиска); возможные изменения условий освещенности объекта во время поиска. С помощью динамической модели поиска-обнаружения-распознавания проведен анализ влияния погодных условий, освещенности объекта солнечным излучением в рабочих диапазонах длин волн ТПС на статистические характеристики дальностей обнаружения и распознавания наземных объектов типа транспортных средств. На каждом шаге моделирования рассчитывается предельная вероятность его вскрытия, которая рассматривается как входной сигнал для модели формирования динамической вероятности и является вероятностью обнаружения или распознавания при условии, что изображение не изменяется и время его анализа не ограничено. Предельная вероятность рассчитывается для того качества изображения, которое соответствует текущей дальности до объекта в соответствии с современной операциональной моделью ТПС [1]. Статистические оценки вероятностно-дальностных характеристик поиска и вскрытия объекта были получены путем моделирования процессов обнаружения и распознавания при тысячекратном повторении полета для каждого набора параметров внешних условий. При использовании полей зрения 5,2º×3,9º и выпускаемых в России с 2019 года матрицах 640 x 480 чувствительных элементов получены оценки средних дальностей обнаружения 124 и распознавания с вероятностями более 0,95, при погодных условиях со средней влажностью и метеорологическими дальностями видимости (МДВ) 2, 5 и 15 км при различных освещенностях наблюдаемый стороны объекта. Результаты представлены в таблице в виде отношений дальностей обнаружения к дальностям распознавания, при решении задачи поиска объекта на полосе шириной 400 метров. Объект имеет габаритные размеры, соответствующие таким транспортным средствам как грузовики, автобусы, фургоны, и т.п. Моделировалось использование фотонных (с криогенными охлаждением) ТПС, работающих в диапазоне длин волн 3...5 мкм. Таблица Освещенность наблюдаемой стороны объекта (зависит от высоты и азимута Солнца) Средние дальности обнар/расп. км МДВ 2 км МДВ 5 км МДВ 15 км Ночь 3,3/1,9 4,7/2,3 5,3/2,5 Не освещена Солнцем (утро, вечер) 0,75/0,6 1,3/0,8 1,8/1,1 Освещена в 10 раз слабее, чем местность (утро, вечер) 1,9/1,25 2,9/1,6 3,7/1,75 Освещена в 6 раз слабее, чем местность (утро, вечер) 2,25/1,5 3,5/1,8 4,2/2,1 Освещена в 2 раза слабее, чем местность (день) 3,2/1,9 4,5/2,3 5/2,5 Данные таблицы рассчитаны для случая нулевых разностей температур объект-фон, которые соответствуют стоящим транспортным средствам, не успевшим нагреться Солнцем. Выбранные для моделирования коэффициенты излучения фона 0,86 и 0.91 соответствуют не только зелени, но и асфальту, снегу и песку, т.е. данные таблицы можно рассматривать как оценки дальностей для большинства случаев применения ТПС. Опосредованное влияние естественной облученности в виде увеличения температурных контрастов (из-за отличия поглощения излучений объектом и фоном), оказывает сильное влияние на вероятносно-дальностные характеристики. В рассматриваемых условиях применения ТПС такое же улучшение динамических характеристик вскрытия происходит при увеличении размеров матрицы с 640 х 480 до 1024 х 768 чувствительных элементов. Моделирование показало, что использование перспективных матриц приводит к следующим изменениям средних дальностей (по сравнению с таблицей) в виде отношений дальностей обнаружения к дальностям распознавания. При разности температур объект-фон 1ºC и МДВ 15 км: ночью – 6,24/4,93; днем – 6,43/5,26. Результаты моделирования свидетельствуют о высокой эффективности применения ТПС при использовании в них последних отечественных достижений в области создания матричных приемников излучений. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 20-08-00949-а). ЛИТЕРАТУРА 1. В.А. Овсянников, Я.В. Овсянников, В.Л. Филиппов. Оценка и повышение эффективности применения тепловизионных приборов наземного базирования в динамическом режиме работы // Оборонная техника. 2015, № 7, С. 49-63. 125 ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТА ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С УЧЕТОМ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И ПОЛЕТНЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ М.Ю.Петров ( ФГУП «ГосНИИАС») Одна из главных задач, решаемая перед применением летательного аппарата (ЛА), заключается в прокладке маршрута полета. Оптимальность маршрута может оцениваться не только длиной, но и другими характеристиками, которые могут иметь достаточно сложный вид[1]. Построение маршрута может осуществляться полностью, с помощью задания пунктов поворота марщрута (ППМ), или частично, с помощью выбора дальнейшего направления движения[2]. В докладе разбирается подход к построению полного маршрута, с помощью сведения к задаче поиска пути минимальной стоимости на графе [3,4], а также особенности и ограничения представленной интерпретации. Кроме этого предлагается доработка классического алгоритмы Дейкстры[1] для учёта формы пути (аэродинамических ограничений). ЛИТЕРАТУРА 1. Петров М. Ю. ПОСТРОЕНИЕ МАРШРУТА ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА МАЛЫХ ВЫСОТАХ //Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. – 2019. – №. 3. – С. 140-146. 2. Петров М. Ю. Построение алгоритма облёта беспилотным летательным аппаратом динамически обнаруживаемых зон ПВО для увеличения вероятности достижения финальной точки маршрута. // Сборник тезисов докладов научно- технической конференции «Моделирование авиационных систем». –М: ГосНИИАС, 2018, с.211 3. Кормен Т. и др. Алгоритмы. Построение и анализ:[пер. с англ.]. – Издательский дом Вильямс, 2009. 4. Цегоев А.С. Методы построения маршрутов летательных аппаратов в трехмерном пространстве. // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем». –М: ГосНИИАС, 2018, с.210 126 ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ЭКИПАЖА САМОЛЕТА РАДИОЛОКАЦИОННОГО ДОЗОРА И НАВЕДЕНИЯ В ЧАСТИ ЗАЩИТЫ ОТ УГРОЗ СО СТОРОНЫ СРЕДСТВ ВОЗДУШНОГО НАПАДЕНИЯ В.М. Васин (1,2) (1) ФГУП «ГосНИИАС» (2) МФТИ (ГУ) Московский физико-технический институт (Государственный Университет) Самолет радиолокационного дозора и наведения (РЛДН) является важнейшим элементом информационного обеспечения действий авиации, сухопутных войск и военно-морского флота. Использование такого самолета позволяет обеспечить информационное превосходство над противником, а также осуществлять управление авиацией в областях, не контролируемых наземными радиолокационными средствами. Поэтому самолет РЛДН является приоритетной целью для атаки со стороны средств воздушного нападения (СВН) противника [1, 2]. Это требует обеспечения защиты самолета РЛДН с использованием истребителей прикрытия. Во ФГУП «ГосНИИАС» разработан комплекс оценки угроз и поддержки принятия решений (ОУ и ППР) по тактической обороне самолета РЛДН. Данный комплекс представляет собой программное решение, предназначенное для функционирования в режиме реального времени в составе бортовой информационной управляющей системы (БИУС) самолета РЛДН. Комплекс ОУ и ППР производит оценку угроз самолету РЛДН, а также «своим» воздушным объектам, информация о которых находится в каналах наведения, и обороняемым наземным объектам, указанным в полетном задании, путем прогнозирования времен применения оружия по ним и времен их возможного поражения противником. К настоящему времени на стенде математического моделирования ФГУП «ГосНИИАС» произведена отработка и автономные испытания комплекса ОУ и ППР. Предложения для дальнейшей разработки алгоритмов, использующихся в данной работе были изложены в [3]. ЛИТЕРАТУРА 1. Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. – М.: Радиотехника, 2008. 2. Бабич В.К., Баханов Л.Е. Авиация ПВО России и научно-технический прогресс: боевые комплексы и системы вчера, сегодня, завтра / Под ред. Е.А. Федосова. Монография. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004. – 816 с.: ил. 3. Васин В.М., Азаров В.А., Предложения по оценке угроз и поддержке принятия решений по тактической обороне самолета радиолокационного дозора и наведения с использованием истребителей прикрытия. Труды ГосНИИАС серия «Вопросы авионики», 2018, №6. 127 Секция « МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ НАВИГАЦИИ, НАВЕДЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ» ПРИНЦИП ЮСТИРОВКИ БОРТОВЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ВЕРТОЛЕТА ВО ВРЕМЯ ПОЛЕТА В.М. Лисицын, Г.Г. Себряков (ФГУП «ГосНИИАС») Согласование приборной системы координат (СК) и связанной СК, а также юстировка разных оптико-электронных систем (ОЭС), устанавливаемых на летательный аппарат (ЛА), является актуальной задачей [1]. Выполнение этой процедуры необходимо для обеспечения адекватного обмена информацией об угловых координатах объектов между информационными системами и комплексом бортового оборудования. В настоящее время согласование СК осуществляется на основе статической юстировки, которая производится при первоначальной установке всех информационных систем на ЛА. Статическая юстировка предполагает вывешивание ЛА на домкратах, установку его в горизонтальное положение и определение ориентации строительной оси ЛА относительно направления на север. Затем производится выставка бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) и согласование ее осей со связанной СК ЛА. Для юстировки ОЭС применяются юстировочные мишени. Таким образом при статической юстировке взаимное согласование СК разных ОЭС и БИНС производится путем их согласования со связанной СК, задаваемой строительной осью ЛА. Такие методы хорошо отработаны на практике и будут использоваться как основной способ первоначальной юстировки ОЭС и БИНС. Существенным недостатком методов статической юстировки является их высокая трудоёмкость, необходимость использования специального оборудования и трудности проведения в условиях аэродромов при эксплуатации. Поиск способов, позволяющих отказаться от предполетной юстировки по наземной мишени, привел к разработке метода так называемой динамической юстировки СК на основе векторного согласования. Под ним понимается измерение трёх ортогональных проекций как минимум двух неколлинеарных векторов в обеих СК и определение их взаимной ориентации по разности одноименных проекций [2]. Это могут быть вектора ускорений и вектора угловых и линейных скоростей и т.д. Для согласования СК ОЭС и БИНС метод требует оснащения всех ОЭС инерциально-измерительными блоками, что приводит к увеличению массо-габаритных характеристик и стоимости. Авторами предлагается новый подход к решению проблемы юстировки, заключающийся в том, что векторами, подлежащими согласованию, являются вектора скорости: линейной и угловой, проекции которых на оси СК юстируемых ОЭС измеряются в результате независимой обработки изображений, формируемых этими системами и сопоставления результатов с 128 информацией БИНС. Для определения рассогласования СК вертолета по крену предлагается использовать специальный маневр: вращение вертолета относительно вертикальной оси при отсутствии линейного перемещения. При этом производится определение ориентации вектора угловой скорости, параметры которого формируется в БИНС, а оценка его направления относительно датчиков ОЭС производится в результате обработки последовательности изображений. Если на изображении подстилающей поверхности (ПП) имеются характерные точки, которые могут быть выделены в результате обработки, то такие точки при вращении вертолета будут перемещаться по экрану ОЭС по разным траекториям. Точки, находящиеся в плоскости перпендикулярной вектору угловой скорости и проходящей через главную точку фокальной плоскости, будут двигаться по прямой. Траектории остальных точек будут представлять собой гиперболы. Точки могут двигаться по разным гиперболам, но все гиперболы имеют общий центр. Анализ траекторий характерных точек на изображении ПП показывает, что при наличии рассогласования приборной и связанной СК по тангажу центр будет соответственно перемещаться по вертикали. Наличие бокового смещения ОЭС относительно строительной горизонтали фюзеляжа будет приводить к смещению центра гипербол в боковом направлении. Если есть смещение по крену, то гиперболы будут повернуты относительно приборной СК. Таким образом, достаточно зафиксировать координаты такой точки при ее перемещении по экрану и определить коэффициенты уравнения гиперболы с помощью, например, метода наименьших квадратов. После чего легко определить отклонение по крену приборной СК ОЭС относительно вектора угловой скорости. Для измерения направления линейной скорости вертолет должен выполнять прямолинейный полет над ПП. При этом используются свойства фотограмметрических преобразований формировать при центральной проекции векторное поле скоростей изображений точек ПП в виде лучей, которые в каждый фиксированный момент времени расходятся из одной точки (точки схождения) [3, 4], являющейся пересечением вектора скорости ЛА с фокальными плоскостями датчиков изображений, независимо от их ориентации в пространстве. Для определения координат точки схождения необходимо синхронное прослеживание на изображении траектории движения хотя бы двух точек при движении ЛА. Возмущения при выполнении указанных маневров могут быть скомпенсированы с использованием текущей информации БИНС. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 20-08-00613 а). ЛИТЕРАТУРА 1. Бельский А.Б. Основные задачи и требования к бортовым ОЭС для современных и перспективных вертолетов // Труды XXV Международной научно-технической конференции и школы по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Том 1.-М.: АО «НПО «Орион». 2018 г. С. 21-23. 2. А. Липтон. Выставка инерциальных систем на подвижном основании. Пер. с англ. – М.: «Наука», 1971. 129 3. Мужичек С.М., Обросов К.В., Ким В.Я., Лисицын В.М., Определение направления полета по сигналам оптико-электронной системы переднего обзора // Вестник компьютерных и информационных технологий. 5 (107). 2013. С. 8–14. 4. Пат. 2556286Российская Федерация, МПК G01C 21/12 C1. Способ измерения курса летательного аппарата / С.М. Мужичек и др.; № 2014115385/28; заявл. 17.04.2014; опубл. 10.07.2015, Бюл. № 19. 13 с. БОРТОВАЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА НА ОТВЕТСТВЕННЫХ РЕЖИМАХ ПОЛЕТА Г.Г. Себряков (ФГУП «ГОСНИИАС») Парадоксально, но с развитием и совершенствованием техники в авиации все более актуальной становится проблема «человеческого фактора». В военно- воздушных силах, например, 75 % из общего числа срывов функционирования техники происходят из-за ошибок человека-оператора. Анализ мировых тенденций совершенствования авиационной техники убеждает в необходимости разработки и внедрении систем поддержки экипажа воздушного судна (ВС), которые, сохраняя за экипажем функции основного управляющего звена ВС, обеспечивали бы на основе автоматизированного анализа информации от бортовых систем реализацию функций мониторинга и интеллектуальной поддержки экипажа. Разработка бортовых систем, реализующих функции мониторинга и интеллектуальной поддержки экипажа, предполагает использование математического описания процессов в системе «самолет-летчик». В докладе дается сравнительный анализ различных подходов к формализованному описанию особенностей поведения летчика как звена системы управления. В частности, подходов к построению структурно- функциональных моделей, отражающих представления о структуре деятельности летчика при пилотировании, т.е. представления о структуре процессов восприятия и переработки информации, принятия решений и реализации управляющих действий, к построению аппроксимирующих моделей, позволяющих охватить широкий класс преобразований и инвариантных к их структурному построению [1], а также к реализации индивидуально-адаптированной нейросетевой модели системы «самолет– летчик» [2]. Основное внимание в докладе уделяется изложению концепции, базирующейся на использовании в качестве интеллектуальной основы поддержки экипажа воздушного судна индивидуально-адаптированной доверительной эллипсоидальной модели замкнутой эргатической системы «самолет–летчик» [3]. Эта эллипсоидальная модель формируется и в дальнейшем уточняется на основе полетных данных конкретного пилота, 130 накапливаемых в процессе штатного выполнения выбранного типового полетного режима на пилотажных стендах или в реальных полетах. Модель устанавливает для любого произвольного момента выполнения типового полетного режима статистическую связь между параметрами состояния ВС и перемещениями органов управления (РУС, РУД, педали), обеспечение которой гарантирует штатное выполнение типового полетного режима данным пилотом. Использование эллипсоидальной модели системы «самолет–летчик» позволяет существенно расширить функции поддержки экипажа ВС за счет возможности обнаружения и прогнозирования опасности развития особых ситуаций. Рассмотрены задачи, предложены модели и алгоритмы оперативной оценки текущего состояния системы «самолет–летчик» и идентификации угроз безопасности полета. Исследования выполнены при поддержке РФФИ проекты 15-08-06767а и 19-18-00006д. ЛИТЕРАТУРА. 1. Себряков Г.Г. Моделирование деятельности человека-оператора в полуавтоматических системах управления динамическими объектами. // Мехатроника, автоматизация, управление. - М., Новые технологии, № 4, 2010, с. 17-29. 2. Евдокименков В.Н., Красильщиков М.Н., Себряков Г.Г. Индивидуально-адаптированная нейросетевая модель управляющих действий летчика на этапе посадки / Материалы 8-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления. 2015. Т.1. С. 132-135. 3. В.Н. Евдокименков, Р.В. Ким, М.Н. Красильщиков, Г.Г. Себряков Интеллектуальная поддержка экипажа на основе доверительной модели замкнутой эргатической системы «самолет-летчик». Физматлит. М., 2019, 187с. |