RU2399098C1

RU2399098C1 - Method for semi-realistic statistical modelling of electronic warfare systems of surface ships

Info

Publication number: RU2399098C1
Application number: RU2009139132/05A
Authority: RU
Inventors: Лев Михайлович Клячко (RU); Лев Михайлович Клячко; Валентин Васильевич Рыков (RU); Валентин Васильевич Рыков; Дмитрий Викторович Вавилов (RU); Дмитрий Викторович Вавилов; Юрий Александрович Свирин (RU); Юрий Александрович Свирин; Михаил Георгиевич Козлов (RU); Михаил Георгиевич Козлов
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЦНИИ "Курс"
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2010-09-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: different scenarios of the environment outside the ship are used. Hardware-software and information-signalling environment of the surface ship is modelled, content of which is formed through the simulated external environment with participation of models of objects of the aerial, surface, sub-surface environment, radio-frequency and hydracoustic information fields using technologies of accounting for complete groups of errors, tolerance and spread of parametres of the simulated objects and processes in accordance with real conditions for testing efficiency and reliability of the analysed electronic warfare systems of the surface ship under different functioning conditions.

EFFECT: design of a system for semi-realistic simulation modelling of testing electronic warfare systems of a surface ship which, during design and manufacturing, enables analysis of functioning of the systems by testing mock-up, test and some other models of said systems in factory conditions in different modelled conditions of the external medium.

1 dwg

Description

Изобретение относится к моделям и математическому статистическому моделированию.The invention relates to models and mathematical statistical modeling.

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.The invention is intended to test means of electronic weapons of a surface ship (REV NK) by conducting tests by electronic firing, launches and flights and allows you to evaluate the performance of these tools using information flows corresponding to the information flows with which a specific means of REV NK interacts when conducting real tests.

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.The technical result and the objective of the claimed method is to create a system of semi-simulation simulation of testing the REV NK facility, which allows, at the stage of its design and manufacture, to conduct a study of the facility’s functioning by testing prototype, experimental and other samples of this facility in the factory under various simulated environmental conditions, thereby reducing costs of organizational and technical measures and logistics supporting the tests false technical systems and prepare them for installation to the ship.

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).The prior art knows the simulation of combat work in order to create conditions that are as close as possible to the conditions at the real command post of the KB radar station (RU 2007146572 A, publ. 06/27/2009) using a system including a central server, a switching device, “Universal training system and control ”(USOK), the teacher’s workplace, the student’s workplace (the number of jobs depends on the specifics of the weapon, for the operation of which modeling and training are carried out).

Известный способ позволяет осуществлять моделирование боевой работы с целью создания условий, максимально приближенных к условиям на реальном командном пункте радиолокационной станции Космических войск.The known method allows the simulation of combat work in order to create conditions as close as possible to the conditions at a real command post of the radar station of the Space Forces.

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.The technical result and the objective of the claimed method is to create a system of semi-simulation simulation of testing the RE RE NK facility, which allows, at the stage of its design and manufacture, to study the operation of the facility by testing prototype, experimental and other samples of this facility in the factory under various simulated environmental conditions.

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.Thus, the invention is aimed at creating a semi-natural simulation system for testing the RE RE NK facility, which allows to reduce the costs of organizational and technical measures and material and technical support that accompany the testing of complex technical systems and their preparation for installation on a ship.

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.The technical result is achieved by the fact that the method of semi-natural statistical modeling of electronic weapons of surface ships is characterized by the fact that they use various scenarios of the external environment forming around the ship, simulate the hardware-software and information-signal environment of the surface ship, the content of which is formed using a simulated external environment with the participation of models of objects of air, surface, underwater conditions, radio frequency and sonar information fields with the use of technologies for accounting for complete groups of errors, tolerances and scatter of parameters of simulated objects and processes in accordance with the actual conditions for testing the effectiveness and reliability of the investigated means of electronic weapons of a surface ship in various conditions of its operation, while the results of the functioning of executive means - devices and systems with numbers K = 1, ..., M are described as the state vector of these means S (t) = (S ₁ (t), ..., S _M (t)), where S _kj (t) = f _kj (t, B , A, F, W, P _kj, Y _k), here P _kj - potential- al impact of k-actuating means for the j-th object in the external environment, I _k - accumulated at time t damage to the k-th actuating means as a result of exposure to it by the conditions and objects in the external environment.

Изобретение поясняется примером.The invention is illustrated by example.

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.A computer software and hardware complex is created with software simulating the operation of means for obtaining information about the external environment, means of communication with remote systems, and executive means of NK combat circuits that interact with the tested means of the REV NK.

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.Install on the ship a group of computers with software that corresponds to models of means for obtaining information about the external environment, models of means of communication with remote systems that interact with the test facility REV NK, models of executive means NK, controlled and / or controlled by the test facility REV NK, and also install information-control signal conversion devices and switches, which allow connecting the indicated group of computers to standard switching units of the provided means of REV NK to establish the exchange of information-control signals of the studied means of REV NK with these models simulating the exchange of the studied means of REV NK with real means of obtaining information about the external environment, means of communication with remote systems that interact with the tested sample of REV NK and with executive means systems of RE NK, controlled and / or controlled by the investigated means of RE NK.

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: σ(t)=σ(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)+σ(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.In order to conduct studies of the operability of the REV NK sample, a group of computers is installed that simulate the external air, ground, surface and underwater conditions that develop around the NK during testing of the REV NK means, which are modeled by building traces (setting coordinates) of objects participating in the formation of operating conditions for real ship control systems, as well as software simulation of weather conditions, radio frequency fields, sonar fields that take place during field tests of NK and this tool as part of its REV. Moreover, for N air, surface and underwater objects of numbers J = 1, ..., N, using the constructed mathematical models, vectors are determined that determine their position in space at each time t: Q (t) = (q ₁ (t), ... , q _N (t)). To describe the hydrometeorological characteristics of the environment during ND tests, vectors of the parameters of this environment are introduced, such as the state of the sea surface B (t), expressed, for example, in the severity of waves, the state of the air environment A (t), including wind speed, temperature, cloud cover, the presence of fog, hydrometeors, etc., the state of the aquatic environment G (t), including the level of salinity, temperature gradient, etc. To take into account the influence of radio-frequency fields that arise during the test and have In addition, the vector R (t) = R (Q, B, A, G, F, W, D) is introduced, where F are the frequency characteristics of the fields of radar, sonar, communication systems, jamming radio and sonar, W are the power characteristics of these fields, D - deformation of the body of the NK, affecting the performance of its actuators and systems. To take into account the influence of the Q and R factors on the accuracy of the information received, models are built based on the detection characteristics of air, surface and underwater targets and the accuracy of determining the position of these targets by radar and sonar systems when monitoring them: σ (t) = σ (Q (t), R (t)). Moreover, the measured position of these objects, on the basis of which the development and adoption of decisions on interaction with objects of the external environment or the impact on them is made, is determined using the formula Q '(t) = Q (t) + σ (t). At the next stage, an array of data on the external environment Q '(t) enters the ND SU model, where decisions are made on the procedure and conditions for applying executive means, then these decisions are received in the NU model of executive means. The control system actuators produce the relevant data for the models of functioning of the actuators, which solves the model problem of their impact on the environment, taking into account the errors that occur during this action, and then simulate the effects of funds on these objects.

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.Executive means are modeled by the corresponding behavioral functions that affect their impact on the objects of the air, surface and underwater components of the external environment, that is, on the change in the external environment, thereby simulating real feedback in the entire process of functioning of the complex “External environment - Ship's REV system, including the studied REV facility - Executive devices ”during semi-natural tests of the REV NC facility under simulated conditions. Moreover, the functioning results of executive means (devices and systems) with numbers K = 1, ..., M are described as the state vector of these means S (t) = (S ₁ (t), ..., S _M (t)), where S _kj (t) = f _kj (t, B, A, F, W, П _kj , У _k ), here П _kj is the impact potential of the k-th executive means on the j-th object of the external environment, У _k - accumulated by the time time t damage to the k-th executive means as a result of exposure to it from the conditions and objects of the external environment.

На чертеже представлена принципиальная схема сопряжения объектов для реализации полунатурных испытаний средства РЭВ НК.The drawing shows a schematic diagram of the pairing of objects for the implementation of the full-scale tests of the REV NK means.

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.In accordance with the scheme, information-control signal flows from the studied sample of RE-NK means (level 1) through level 2 switching devices enter a computer complex of level 3, which imitates the operation of the entire RE-NK system as a whole, where as a result of imitation of its functioning information-control data providing simulation of the operation of level 4 models (actuators, mechanisms, systems), which, as a result of functioning, affect objects and the state of the simulated environment Vnya 5 (aircraft, space objects, ships of various nationalities, their position and condition, etc., the state of the radio-frequency, sonar field environment, the surrounding terrain). In the opposite direction, from the level of the external environment 5 to level 3 in the model of systems for receiving and receiving and transmitting information and level 4 of the executive systems of the NK, signals of hydroacoustic and radio-frequency location, interference fields, radio fields of communication channels for model functioning simulated at level 5 are received in a mathematical model form hydro- and radar equipment, communication equipment, as well as simulated indicators of the hydrometeorological environment, affecting the functioning of actuators, mechanisms and systems. After processing at level 3 the information received from level 4 from the equipment models of information receiving and transmitting systems and actuators, the generated level 3 information is transferred to level 2, where specially developed hardware-software devices allow switching levels 2 and 1, formatting the simulated data on the state of the external the situation around the NK, as well as the current state of the executive systems of the NK according to the exchange protocols adopted in the RE system of the Tax Code between the RE facility presented by the investigated with an urn sample, and real executive systems, systems for transmitting and receiving information on NK, which are represented by models at levels 3 and 4. Information received through level 2, information at level 1 is processed with the participation of the real hardware-software environment of the tested means of the REV NK and the work of operators on it, after generating the information necessary for the operation of the level 3 firmware and hardware environment, it is transmitted through the level of switches 2 to level 3, then through level 4 to level 5, and the control cycle is continuously repeated is.

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.When simulating the operation of the RE RE system as a whole and the executive mechanisms at levels 3 and 4 and the processes and objects represented in the external environment at level 5, hardware-software mechanisms are used to simulate errors and link them to error groups called full error groups (parameter spread , admission, systematic and random errors of real hardware, instrument measurements) receiving and transmitting systems, receiving information, as well as working out commands with actuators, mechanisms and systems. All operations are fundamentally different from the known approaches in that they include full groups of errors (spread of parameters, tolerance, etc.) that arise when a real system receives information about environmental objects.

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.Using the proposed hardware and software system allows researching the test means of the REV NK in order to reduce material costs to the stages of installing this tool on the ship and carrying out acceptance tests.

Claims

The method of semi-natural statistical modeling of electronic weapons of surface ships, characterized in that they use various scenarios of the external environment that is formed around the ship, simulate the hardware-software and information-signal environment of the surface ship, the content of which is formed using a simulated external environment with the participation of models of objects of air, surface , underwater environment, radio-frequency and sonar information fields using full-group accounting technologies errors, tolerances and scatter of parameters of simulated objects and processes in accordance with the actual conditions of testing the effectiveness and reliability of the investigated means of electronic weapons of a surface ship in various conditions of its operation, while the results of the functioning of executive means - devices and systems with numbers K = 1, ... , M are described as the state vector of these means S (t) = (S ₁ (t), ..., S _M (t)), where S _kj (t) = f _kj (t, B, A, F, W, П _kj , У _k ), where П _kj is the impact potential of the k-th executive means on j-th object of the external environment, У _k - damage accumulated by the time t for the k-th executive means as a result of exposure to it from the conditions and objects of the external environment, B - state of the sea surface, A - state of the air environment, F - frequency characteristics of radio-frequency and sonar fields, W - power characteristics of radio-frequency and sonar fields.