ES2201816T3 - Sistema de ayuda para un piloto de combate. - Google Patents

Abstract

Un sistema (10) de ayuda de piloto de combate para una aeronave con un misil, estando dicho sistema caracterizado por: un módulo (14) de tiempo de ejecución a bordo de la aeronave que comprende un procesador (26) operable para recibir datos de entrada que representan parámetros operativos seleccionados de la aeronave y/o misil y para producir datos que identifiquen uno o más parámetros con relación al lanzamiento de dicho misil; un módulo (16) de entrenamiento que comprende un procesador (24) adaptativo para ser entrenado sobre datos previos o modelados con relación a la aeronave y/o misil y/u objetivo, para aprender la relación entre dichos datos de entrada y dichos datos de salida y para ajustar los parámetros de programación de dicho procesador (24) adaptativo en consecuencia; medios (32) para reprogramar el procesador (26) del módulo de tiempo de ejecución según los parámetros ajustados, y medios (32) a bordo de dicha aeronave para almacenar datos con relación a un lanzamiento de misil,para uso posterior por dicho módulo de entrenamiento.

Description

Sistema de ayuda para un piloto de combate.

Esta invención se refiere a un Sistema de Ayuda de Combate para procesar datos de entrada para derivar datos útiles antes de o durante el despliegue de un misil, a aparatos para uso en tales sistemas, y a métodos instrumentados en tales sistemas. En particular, aunque no exclusivamente, la invención se relaciona con tales sistemas, aparatos y métodos para usar a bordo de una aeronave.

Las aeronaves de combate modernas están equipadas con una amplia gama de sistemas de ataque o defensa pasiva y activa tal como misiles, contramedidas electrónicas, etc., y hay una considerable cantidad de información disponible al piloto. Por ejemplo, hay información habitual proporcionada por el ordenador de vuelo con relación a los parámetros de vuelo y condiciones operativas de la aeronave; información de inteligencia con relación a los objetivos potenciales; datos que identifican las características y comportamiento de los misiles a bordo de la aeronave, imágenes de radar e infrarrojo de objetivos potenciales, y mucho más. Para la ejecución de una misión satisfactoria, es sumamente deseable cualquier sistema que aligere la carga de trabajo del piloto en la valoración y uso de esta amplia gama de datos.

En particular, es extremadamente importante ser capaz de calcular o predecir con gran exactitud los cuatros parámetros de decisión crítica requeridos para el lanzamiento del misil, es decir R_{max}, R_{min}, R_{no \ acción}, R_{no \ escape}. R_{max} es el máximo alcance del tipo de misil en la posición del objetivo presente; R_{min} es el mínimo alcance del tipo de misil en la posición del objetivo presente; R _{no \ acción} es el alcance en el cual el misil alcanzaría el objetivo, aunque otros factores evitan el lanzamiento (es decir la velocidad de aproximación querría decir la espoletación del misil cerca de la aeronave de lanzamiento), y R_{no \ escape} es el alcance en el cual el objetivo no puede escapar de la zona satisfactoria de lanzamiento del misil.

Hemos desarrollado un sistema de ayuda de piloto de combate que asiste al piloto en una situación de combate tomando datos de los sensores en el sistema de control de vuelo para dar respuesta a los cuatro valores críticos referidos anteriormente. En el sistema descrito más abajo, un procesador a bordo de la aeronave calcula uno o más de los parámetros anteriormente mencionados y es capaz de la comunicación periódica con un módulo de entrenamiento que está típicamente con base en tierra y que tiene datos de modelo disponible desde un modelo del misil así como datos históricos de los disparos de un misil en particular o un tipo de misil similar de la misma aeronave o similar. El módulo de entrenamiento puede usar estos datos en una rutina de entrenamiento para derivar una serie de parámetros de entrenamiento para reprogramar el sistema de a bordo de la aeronave.

El documento DE-A-19645556 describe un sistema de auto aprendizaje para generar señales de control para dirigir un misil durante su vuelo, una vez lanzado.

Por consiguiente, en un aspecto, esta invención proporciona un sistema de ayuda de piloto de combate para una aeronave que tiene un misil, dicho sistema incluye:

Un módulo de tiempo de ejecución a borde de la aeronave, que comprende un procesador operable para recibir datos de entrada que representan parámetros operativos seleccionados de la aeronave y/o misil y producir datos que identifican uno o más parámetros con relación al lanzamiento de dicho misil;

un módulo de entrenamiento que comprende un procesador adaptativo para ser entrenado sobre datos previos o modelados con relación a dicha aeronave y/o el misil y/o el objetivo en particular, para aprender la relación entre dichos datos de entrada y dichos datos de salida y para ajustar los parámetros de programación de dicho procesador adaptativo en consecuencia;

medios para reprogramar el procesador de dicho módulo de tiempo de ejecución según los parámetros ajustados de dicho procesador adaptativo; y

medios de a bordo de dicha aeronave para almacenar datos con relación al lanzamiento de un misil, para uso posterior por dicho módulo de entrenamiento.

Preferiblemente, el procesador del módulo de tiempo de ejecución es una red neuronal. Preferiblemente, el procesador adaptativo del módulo de entrenamiento comprende una red neuronal que comprende una topología similar a la del procesador de tiempo de ejecución.

Preferiblemente los datos de salida de dicho procesador de módulo de tiempo de ejecución identifica los cuatros valores R_{max}, R_{min}, R_{no \ acción}, y R_{no \ escape}. Preferiblemente dicho módulo de tiempo de ejecución adicionalmente proporciona datos de salida que indican si el piloto debería disparar el misil.

Preferiblemente el módulo de entrenamiento comprende un modelo que representa el comportamiento del misil. Preferiblemente el módulo de entrenamiento comprende además medios para almacenar los datos históricos relativos a disparos previos del misil o similares desde la aeronave o similar.

Preferiblemente el módulo de tiempo de ejecución incluye medios para derivar y clasificar datos con relación a un disparo de misil real, para uso posterior por dicho módulo de entrenamiento.

Preferiblemente dicho módulo de tiempo de ejecución comprende una red neuronal entrenada con datos de entrenamiento que modelan el envolvente del misil, y medios para la introducción en uso a dichos parámetros de red neuronal con relación al objetivo previsto, con lo cual dicha red neuronal proporciona al menos algunos de los parámetros requeridos para el lanzamiento del misil.

En otro aspecto, esta invención proporciona un método para determinar parámetros de lanzamiento seleccionados para lanzar un misil desde una aeronave, cuyo método comprende:

suministrar parámetros operativos seleccionados de la aeronave y/o el misil a un módulo de tiempo de ejecución a bordo de la aeronave que comprende un procesador que ha sido previamente entrenados para producir datos que identifiquen uno o más parámetros con relación al lanzamiento de dicho misil,

proporcionar un módulo de entrenamiento que comprende un procesador adaptativo entrenado sobre datos previos o modelados con relación a la aeronave y/o misil y/u. objetivo del misil para aprender la relación entre dichos datos de entrada y dichos datos de salida y para ajustar los parámetros de programación de dicho procesador adaptativo en consecuencia, usando dichos parámetros de programación ajustados para reprogramar dicho procesador del módulo de tiempo de ejecución, y

almacenar a bordo de dicha aeronave datos con relación a un lanzamiento de misil para el uso posterior por dicho módulo de entrenamiento.

La invención se puede realizar de diversas formas, y se describirá en detalle ahora una realización de la misma, haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la figura 1 es un esquema de bloques de una ayuda de piloto de combate según la invención.

Refiriéndonos a la figura, la ayuda 10 de piloto de combate comprende dispositivos 12, 12' de ayuda de piloto de combate correspondiente proporcionada en un módulo 14 de tiempo de ejecución a borde de la aeronave y un módulo 16 de entrenamiento del sistema con base en tierra respectivamente. El módulo 16 de entrenamiento del sistema con base en tierra típicamente descargará datos de y proporcionará coeficientes de reprogramación para los módulos 14 de tiempo de ejecución de un grupo de aeronaves en un medioambiente similar.

El módulo 14 de tiempo de ejecución a bordo de la nave procesa datos desde diversos sensores a bordo de la nave y del sistema de control de vuelo y los aplica a la entrada de un procesador que comprende una red 26 neuronal que realiza una función básica radial, para proporcionar los cuatro valores críticos R_{max}, R_{min}, R_{no \ acción}, R_{no \ escape} para el lanzamiento de un misil aire a aire. Además para proporcionar esta información, la salida de la red neuronal es también suministrada a un algoritmo 28 de decisión el cual proporciona una decisión de DISPARO/NO DISPARO y lo exhibe al piloto.

La red neuronal es un perceptrón multicapa que usa funciones de base radial en las unidades ocultas. El dato de entrada es preprocesado usando un conocimiento a priori de las zonas satisfactorias de lanzamiento del misil. En un ejemplo, el mínimo número de entradas por las cuales se obtuvieron resultados compatibles fueron seis, cuatro de los cuales se describieron anteriormente, siendo los otros dos únicos para la aplicación. Se puede aumentar el número de entradas (y unidades ocultas), aunque esto conduce a comportamiento por debajo de lo óptimo para esta aplicación particular. Para otras aplicaciones que tienen diferentes controladores de diseños se puede variar la configuración de la red neuronal.

El módulo 16 de entrenamiento con base en tierra es operable para enseñar el dispositivo 12' de ayuda al piloto de combate asociado usando datos del modelo de misil generados por un modelo 18 de simulación, así como datos de realimentación de los disparos de misil reales recuperados del sistema 30 de control de armas a borde de la aeronave y almacenados en un almacén 20 de datos históricos en el sistema del módulo 16 de entrenamiento. El modelo 18 de simulación expresa el funcionamiento del arma en situaciones determinadas, en términos de alcance, velocidad, altitud, aspecto del objetivo y aeronave, cada uno normalizado a funciones básicas radiales.

Los datos de enseñanza suministrados por el modelo de simulación son preprocesados en 22 usando una selección y algoritmo de señal de despegue para asegurar que los datos están en un estado óptimo para entrenamiento, refinando y coincidiendo con el modelo de datos para un tipo particular de red neuronal. Los datos procesados previamente son entonces aplicados a la capa de entrada de la red 24 neuronal de entrenamiento y las salidas aplicadas a las salidas de la red 24 neuronal. La matriz de pesos para la red neuronal se determina usando un algoritmo de propagación (antagonista) de error o una técnica de mapeo de autoorganización.

La red 24 neuronal puede inicialmente ser entrenada usando un conjunto factorizado de datos, para el misil real o uno conocido que tiene comportamiento similar, sobre las diversas iteraciones.

El entrenamiento enseñará la red 24 neuronal para aprender las características del misil en un número de diferentes escenarios de combate. La matriz de pesos para la red neuronal según se desarrolla por el sistema del módulo de entrenamiento es después cargado dentro de la red 26 neuronal del dispositivo 12 de ayuda piloto de combate en el módulo 14 de tiempo de ejecución a bordo de la aeronave. En este ejemplo, los valores R_{max}, R_{min}, R_{no \ escape} y R_{no \ acción} son producidos en la salida de la red neuronal, una vez que ha sido entrenada. Para entrenar la red, se alimentan grupos de datos de archivos dentro de la red bajo los siguientes encabezamientos:

\small\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 (a) \+ Altura de Intercepción \+ (b) \+ Mach. No. Intercepción\cr 
(c) \+ Altura Objetivo \+ (d) \+ Mach. No. Objetivo\cr  (e) \+
Posición \+ (f) \+
R _{min} \cr}

Los archivos de datos pueden ser considerados como siendo agrupados en grupos de cuatro filas de datos. En cada grupo los valores de (a) a (e) son los mismos aunque para (f) cada fila contiene uno de los valores de R_{max}, R_{min}, R_{no \ escape} y R_{no \ acción}, de modo que los archivos de datos tienen los valores últimos para cada conjunto de valores para (a) a (e). "Posición" representa el ángulo de intercepción de la alineación del objetivo. La relación en un archivo entre el valor de Posición y R_{max}, R_{min}R_{no \ escape} y R_{no \ acción} hace cada fila de datos única, y los archivos de datos usados para entrenamiento contienen datos para diferentes valores de Posición.

Durante el entrenamiento, los parámetros (a) a (e) se suministran a las entradas de la red neuronal y los respectivos parámetros (f) se suministran a la salida, y la red neuronal de pesos ajustados.

En el modo de llamada o de ejecución los cinco primeros parámetros (a) a (e) se leen en los instrumentos o sensores de la aeronave y se suministran a la red neuronal que entonces proporciona los valores para R_{max}, R_{min}, R_{no \ escape} y R_{no \ acción}

Los archivos de datos para entrenamiento se refieren a un misil en particular y modelan la completa envolvente del misil. Cuando la red está entrenada es por lo tanto aplicable a todos los misiles que cumplen con el envolvente modelado.

Después de cada misión o a intervalos apropiados, el módulo 14 de tiempo de ejecución y el módulo 16 de entrenamiento están unidos para la transferencia de datos de modo que el módulo de tiempo de ejecución puede descargar al almacén 20 de datos históricos del sistema de datos del módulo de entrenamiento refiriéndose a los disparos de misil reales, en términos de las condiciones de la aeronave, el resultado del disparo, etc. El módulo de entrenamiento del sistema se someterá a una rutina de reprogramación para tomar en consideración los datos descargados desde la aeronave y desde cualquiera otra aeronave asociada para generar una matriz revisada de pesos para la red 26 neuronal en el módulo de tiempo de ejecución. Estos valores son entonces transmitidos al módulo de tiempo de ejecución y a la red 26 neuronal reprogramada en consecuencia.

El módulo 14 de tiempo de ejecución a bordo de la aeronave incluye el sistema 12 de ayuda de piloto de combate conectado a la base de datos 28 de la aeronave conjuntamente con el ordenador 32 principal de la aeronave, el ordenador 34 del sistema de control de las armas, una interfaz 36 de piloto que proporciona una visualización para el piloto y medios para la introducción de datos y comandos, así como un número de sensores 38.

En uso, cuando el piloto está considerando el lanzamiento de un misil, da entrada a un comando vía la interfaz 36 del piloto y el ordenador 32 principal de la aeronave entonces recoge las entradas de los diversos sensores 38, el sistema de control de vuelo, el sistema 30 de control de armas y los suministra como entradas al dispositivo 12 de ayuda de piloto de combate que entonces produce los cuatro parámetros R_{max}, R_{min}, R_{no \ acción} y R_{no \ escape}, y los suministra al sistema 30 de control de armas, conjuntamente con una indicación al piloto vía la interfaz 36 del piloto para si debería o no lanzar el misil.

El dispositivo de ayuda de piloto de combate toma la decisión Disparo/No Disparo sobre un mínimo de seis parámetros. Los cuatro parámetros nombrados son genéricos a todas las aplicaciones, al tiempo que los otros dos son únicos a esta aplicación. Si el sistema toma una decisión de Disparo entonces la probabilidad de un impacto es más alta que la de un fallo.

En este ejemplo, el dispositivo de ayuda de piloto de combate toma una decisión basada en la situación en el momento con relación a la posición del objetivo dentro de una zona satisfactoria de lanzamiento para un misil del tipo empleado. La magnitud de la amenaza no se considera, aunque la información de otros sensores podría ser procesada dentro de un vector normalizado que puede ser usado como una entrada adicional que representa la magnitud de la amenaza, influenciando de este modo la decisión de Disparo/No Disparo.

El módulo de entrenamiento está por lo general con base en tierra por diversas razones. Hay una capacidad de procesamiento limitada como promedio. El sistema puede sólo operar en un modo a la vez, es decir entrenamiento o llamada. El modo de entrenamiento es relativamente lento y exige mucho tiempo.

El dispositivo puede ser modificado, cambiando el modelo de entrenamiento para usar con misiles aire a tierra y tierra a aire.

Claims (10)

1. Un sistema (10) de ayuda de piloto de combate para una aeronave con un misil, estando dicho sistema caracterizado por:

un módulo (14) de tiempo de ejecución a bordo de la aeronave que comprende un procesador (26) operable para recibir datos de entrada que representan parámetros operativos seleccionados de la aeronave y/o misil y para producir datos que identifiquen uno o más parámetros con relación al lanzamiento de dicho misil;

un módulo (16) de entrenamiento que comprende un procesador (24) adaptativo para ser entrenado sobre datos previos o modelados con relación a la aeronave y/o misil y/u objetivo, para aprender la relación entre dichos datos de entrada y dichos datos de salida y para ajustar los parámetros de programación de dicho procesador (24) adaptativo en consecuencia;

medios (32) para reprogramar el procesador (26) del módulo de tiempo de ejecución según los parámetros ajustados, y

medios (32) a bordo de dicha aeronave para almacenar datos con relación a un lanzamiento de misil, para uso posterior por dicho módulo de entrenamiento.

2. Un sistema de ayuda de piloto de combate según la reivindicación 1, en el que dicho procesador (26) del módulo de tiempo de ejecución comprende una red neuronal.

3. Un sistema de ayuda de piloto de combate según la reivindicación 2, en el que el procesador (24) adaptativo del módulo de entrenamiento comprende una red neuronal que comprende una topología similar a la del procesador (26) del módulo de tiempo de ejecución.

4. Un sistema de ayuda de piloto de combate según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los datos de salida de dicho procesador (26) del módulo de tiempo de ejecución identifica los cuatro valores R_{max}, R_{min}, R_{no \ acción}, R_{no \ escape}, en los que

R_{max} es el alcance máximo del tipo de misil en la posición del objetivo presente;

R_{min} es el alcance mínimo del tipo de misil en la posición del objetivo presente;

R_{no \ acción} es el alcance en el que el misil alcanzaría el objetivo, aunque otros factores eviten el lanzamiento; y

R_{no \ escape} es el alcance en el que el objetivo no puede escapar de la zona satisfactoria de lanzamiento del misil.

5. Un sistema de ayuda de piloto de combate según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho procesador (26) del módulo de tiempo de ejecución adicionalmente proporciona datos de salida que indican si el piloto debería disparar el misil.

6. Un sistema de ayuda de piloto de combate según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el módulo (16) de entrenamiento comprende un modelo (18) que representa el comportamiento del misil.

7. Un sistema de ayuda de piloto de combate según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el módulo (16) de entrenamiento comprende además el medio (20) para almacenar los datos históricos con relación a disparos previos del misil o similar desde la aeronave o similar.

8. Un sistema de ayuda de piloto de combate según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho módulo (14) de tiempo de ejecución incluye medios (30, 32, 28) para derivar y almacenar datos con relación a un disparo de misil real, para uso posterior por dicho módulo de entrenamiento.

9. Un sistema (10) de ayuda de piloto de combate según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho módulo (14) de tiempo de ejecución comprende una red (26) neuronal entrenada con datos de entrenamiento que modelan la envolvente del misil, y medios (32) para la introducción en uso a dicha red (26) neuronal de parámetros con relación al objetivo previsto, con lo cual dicha red neuronal proporciona al menos algunos de los parámetros requeridos para el lanzamiento del misil.

10. Un método para determinar parámetros de lanzamiento seleccionados para el lanzamiento de un misil desde una aeronave, cuyo método está caracterizado por:

suministrar parámetros operativos seleccionados de la aeronave y/o misil a un módulo (14) de tiempo de ejecución a bordo de la aeronave que comprende un procesador (26) que ha sido previamente entrenado para producir datos que identifiquen uno o más parámetros con relación al lanzamiento de dicho misil,

proporcionar un módulo (16) de entrenamiento que comprende un procesador (24) adaptativo entrenado sobre datos previos o modelados con relación a la aeronave y/o misil y/u objetivo de misil para aprender la relación entre dichos datos de entrada y dichos datos de salida y para ajustar los parámetros de programación de dicho procesador (24) adaptativo en consecuencia,

usar dichos parámetros de programación ajustados para reprogramar dicho procesador (26) del módulo de tiempo de ejecución, y

almacenar a bordo dicha aeronave los datos con relación a un lanzamiento de misil para uso posterior por dicho módulo (16) de entrenamiento.