Введение к работе
Актуальность Обоснованное применение аналитического и имитационного моделирования (ИМ) при разработке комплексов беспилотных летательных аппаратов (КБЛА) является одним из основных направлений совершенствования авиационной техники и повышения эффективности ее применения Это обусловлено как высокими требованиями к характеристикам БЛА, так и рядом их специфических свойств, позволяющих создавать и выявлять в процессе разработки необходимые свойства КБЛА в заданных направлениях
Технический прогресс в развитии КБЛА, бурныи рост и расширение их боевых возможностей, особенно в последнее время, могут в корне изменить и тактику ведения боя Особенным событием становятся факты включения средств поражения в состав вооружения беспилотных систем Успешное применение США ударных БЛА в локальных конфликтах и в борьбе с терроризмом стало отправной точкой в развитии «новых систем вооружения»
Гипотеза создания перспективных многофункциональных комплексов с БЛА в РФ для решения задач (разведки и удара, постановки помех и ретранслятора и др ) силовых ведомств РФ, а также там, где участие человека «на борту» ЛА или исключено, или нежелательно, или неэффективно, требует дополнительных исследований и проведения эксперимента (а для этого нужен сам комплекс с БЛА или его модели) Если за последние годы в области методов разработки пилотируемых авиационных комплексов достигнут существенный прогресс, то в вопросах анализа и синтеза беспилотных авиационных комплексов сохраняются значительные пробелы Так, например, комплексы с БЛА в РФ с перспективными навигационными системами и оптимальным комплексом авиационного вооружения (КАВ), одновременно решающие две основные задачи -разведки и удара, пока отсутствуют
Проблема оценки качества перспективных многофункциональных КБЛА, выявление их свойств на ранней стадии, разработка оптимальных алгоритмов управления (АУ) и обработки информации (АОИ), обеспечения надежного управления безопасностью полетов с возможным применением авиационных средств поражения (АСП) БЛА, требует системного концептуального подхода На стадии проектирования, создания и эксплуатации (особенно с точки зрения функционального предназначения, безопасности применения и экономической эффективности) будущих комплексов БЛА с использованием новых технологий разработки, удовлетворяющих выдвинутым требованиям, наиболее «узким» местом является структурный и параметрический синтез в конструктивных, функциональных и алгоритмических соединениях Возросшая сложность современных комплексов с БЛА, расширение сферы функциональных задач ( в области боевых операций и задач народного хозяйства ), возлагаемых на рассматриваемый класс динамических объектов, требуют использования новых подходов и средств для разработки, отладки и внедрения таких организационно-технических систем Использование новых методов, различных классов моделей, алгоритмов управления и идентификации в
разработках современных комплексов с БЛА в значительной степени определяют эффективность в выполнении целей управления в целом Актуальность решения проблемы включения новых задач и структур в КБЛА-разработок на основе перспективных адаптивных методов, моделей и алгоритмов, необходима и очевидная Синтез КБЛА - это создание системы с заранее заданными свойствами и управление ее развитием в заданных направлениях
Целью работы является повышение эффективности функционирования комплексов с БЛА в РФ и обоснование тактико-технических требований (ТТХ) на разработку перспективного многоцелевого КБЛА на основе решения научно-технической проблемы, связанной с разработкой адаптивных методов, моделей и алгоритмов системно-структурного синтеза управления КБЛА
Объектом исследования являются комплексы с БЛА различного функционального предназначения и класса
Предметом исследования являются методы, модели, алгоритмы управления и идентификации системно-структурного синтеза перспективных КБЛА Поставленная цель требует решения следующих задач
Обосновать необходимость создания и применения перспективных комплексов БЛА, отвечающих уровню современных требований.
Изучить области применения КБЛА по функциональному предназначению в зависимости от различных конструктивно-технологических, эксплуатационных факторов и факторов предполагаемых угроз
Разработать метод и модели, позволяющие прогнозировать развитие, оценивать разработку и применение комплексов КБЛА
Разработать метод и модели оценки эффективности комплексов БЛА с учетом известных и прогнозируемых угроз
Систематизировать существующие принципы и методики планирования управления проектами, технологии создания, оценки прогнозирования и применения комплексов с БЛА
Сформулировать принципы и рекомендации по применению разработанных методов, моделей и алгоритмов при оптимизации структурных соединений комплексов БЛА, обобщить имеющиеся и полученные результаты экспериментов к выработке предварительных ТТХ КБЛА
Методы исследования Проведенные теоретические и прикладные исследования базируются на методах системного анализа, аппарата теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов и методах оптимизации линейных и нелинейных, стохастических и детерминированных систем, методах теории выбора и оптимального управления
Научная новизна. Новизна полученных автором результатов связана, прежде всего, с обоснованием и разработкой адаптивных методов системно-структурной оптимизации КБЛА и систем управления различными видами объектов ЛА на основе многокритериального подхода, разработанных моделей, алгоритмов управления и идентификации, позволяющих значительно сократить временные и стоимостные затраты на проектирование, испытание и разработку сложных комплексов с БЛА в РФ
Автором получены следующие новые результаты и разработки, выносимые на защиту:
1 Метод, модели и алгоритмы системно-структурного синтеза комплексов БЛА, основанные на разработанных автором моделях и методах, проведении аналитических и расчетно-экспернментальных исследовании с использованием многокритериального подхода, системы автоматизированного принятия решений (АСПР), необходимые для повышения эффективности и прогнозирования развития КБЛА 1 Метод, модели и алгоритмы многокритериального подхода, позволяющие существенно упростить процедуру оценок принятия решения в задачах анализа и синтеза перспективных КБЛА
Математическая модель и адаптивная система управления информационно-ударного БЛА в условиях огневого противодействия, основанные на критерии повышения достоверности прогнозирования развития и применения беспилотных авиационных систем с использованием в управлении проектов новых информационных технологий и компьютерного моделирования (формирование базы данных и АСПР)
Метод, модели и алгоритмы оценки эффективности применения КБЛА в условиях огневого противодействия, основанные на результатах вычислительного эксперимента и аналитических расчетов, ориентированные на повышение качества управления и его оценки
Метод, модели и алгоритмы управления программным самонаведением и безопасностью полетов БЛА, позволяющие реализовать различный характер управляемых траектории полета к цели с уменьшением динамических ошибок в системе управления, повысить автономность и безопасность полета, не снижая эффективности управления в целом
Результаты моделирования применения КБЛА в условиях огневого противодействия и методические рекомендации по организации, проведению и обработке результатов испытании применения модельных образцов-свидетелей с целью выработки основных ТТХ базового КБЛА
Полученные результаты составляют решение крупной научной и технической проблемы - разработки адаптивных методов, моделей и алгоритмов системно-структурного синтеза управления комплексами с БЛА в интересах решения целевых задач силовых ведомств и народного хозяйства
Практическая ценность и реализация результатов. Разработанные методы, модели, алгоритмы управления и идентификации, также программные средства вошли в состав математического и программного обеспечения
- в НИИ и ОКБ, на авиапредприятиях при проектировании и создании
беспилотной авиационной техники (ЗОЦНИИ МО РФ, ГНПП «Регион»),
в научно-исследовательских лабораториях при проведении расчетно-экспериментальных исследований (ИПУ РАН, ВВИА, ЗОЦНИИ, МГПУ),
- в ВУЗах, готовящих специалистов по проектированию и эксплуатации
современных летательных аппаратов (ВВИА, КВВАИУ, МГТУ ГА),
- в отраслевых министерствах и силовых структурах при прогнозировании применения комплексов с БЛА (ИПУ РАН, ПА ФСБ РФ, МВД РФ) Полученные автором результаты использовались при разработке и исследовании системы устойчивости и управляемости БЛА в ГНПП «Регион» и 30 ЦНИИ МО РФ, что подтверждено актами о внедрении Основные положения диссертационной работы реализованы автором в цикле НИР «ПРИЗНАНИЕ-242»,«КАМА-21»,«ДУЭЛЬ-95», «РОБОТРОН-1», «КОМПЛЕКСИ», «КИНЖАЛ-207», «ИРКУТЯНКА», опубликованы в 12*статьях рецензируемых журналов ВАК, использованы при подготовке учебно-методических пособий в КВВАИУ, ВВИА, НИБ, защищены Патентами РФ
Достоверность Достоверность научных положений, выводов и практических результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждена результатами вычислительных экспериментов, алгоритмов и программного обеспечения с использованием разнообразных реальных данных, существующих аналитических решений и специально разработанных тестов на основе существующих методик, корректным обоснованием и анализом моделей, разработанных в диссертации математических алгоритмических и программных методов и средств Разработанные методы и модели не противоречат данным о развитии авиационных беспилотных систем в РФ
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах на межведомственной научно-технической конференции «Перспективы и проблемы современных беспилотных авиационных систем»(ВВИА им проф Н Е Жуковского, 1999г), на межведомственной научно-технической конференции «Концепции развития беспилотных авиационных комплексов» (ВВИА им. проф Н.Е Жуковского, 2005г), на международном симпозиуме «Управление и самоуправление в сложных системах» в ноябре 2005г, на научных семинарах кафедры управляемых авиационных ракет и научно-исследовательского отдела перспектив развития авиационно - космических комплексов ВВИА им проф Н Е Жуковского, на расширенном научно-техническом семинаре в ИПУ РАН 12 апреля 2007г, в ГНПП «РЕГИОН» 21 июня 2007г , ФГУПЦ «КОМЕТА»10 11 2007г , в 30 ЦНИИ МО РФ 1 11 07г, МГТУ ГА 12 10 07г Эффективность диссертационной работы состоит в разработке адаптивных методов, моделей и алгоритмов, позволяющих вести разработку, создавать и оценивать применение комплексов с БЛА на основе синтеза аналитических и имитационных моделей с использованием современных информационных технологий (созданных адаптивных методов, моделей, алгоритмов автоматизированной системы принятия решений (АСПР) и базы данных (БД))
Публикации По теме диссертации опубликовано 56 печатных работ, получено 6 патентов на изобретения (1 международный)
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, приложения и списка использованных источников Работа изложена на 359 страницах машинописного текста, содержит 164 рисунка, 49 таблиц
