МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ТАКТИЧЕСКОГО ФОНА В АВИАЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРАХ
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ ВОЕННЫХ НАУК
№ 1(22)/2008
ОБУЧЕНИЕ И ВОСПИТАНИЕ
Полковник В.А. ДИКАРЕВ,
доктор технических наук, доцент;
А.Н. БРОСТИЛОВ
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ТАКТИЧЕСКОГО ФОНА В АВИАЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРАХ
Российские Военно-воздушные силы, образованные путем слияния войск ПВО и прежних ВВС, - совершенно новый вид Вооруженных Сил РФ с присущей ему специфической организационной структурой и новыми же оперативно-стратегическими свойствами, предназначением и основными задачами.
Боевой состав ВВС по сравнению с 1991 г. резко уменьшился. Ударная авиация (бомбардировочная и штурмовая) составляет примерно треть от общего количества авиаполков.
Перечисленные факторы и вместе с тем изменения в геополитическом положении России требуют уточнить и дополнить теорию и практику форм применения авиационных объединений новых ВВС в военных действиях на суше, море и в воздухе.
Еще в 1936-1940 г.г. теория и практика применения ВВС обусловили новую форму их применения - операции.
Операция - совокупность согласованных и взаимосвязанных по цели, задачам, месту и времени сражений, боев, ударов и маневров разнородных войск (сил) объединений, проводимых одновременно и последовательно по единому замыслу и плану для решения оперативных и оперативно - стратегических задач на театре войны (военных действий), стратегическом или операционном направлении в установленный период времени1.
И в настоящее время сочетание операции и боевых действий отчетливо прослеживается в воздушной кампании, проведенной ВВС многонациональных сил во время войны в Персидском заливе (1991 г.), а также и при агрессии США и НАТО против Югославии и Ирака.
Следует отметить, что предварительно упомянутые операции отрабатывались на тренажерных средствах, созданных в рамках DIS-технологии (Distributed Interactive Simulation) или технологии распределенного интерактивного моделирования (в России РИТМ), которая развилась в настоящее время в технологию распределенного моделирования. В отличие от ранее использовавшихся технологий HLA представляет собой не жестко регламентированное техническое решение, а совокупность архитектурных методических решений и подходов к построению систем распределенного моделирования. Данная архитектура обладает рядом отличий и преимуществ по сравнению с использовавшимися ранее технологиями DIS и ALSP (Aggregate Level Simulation Protocol), что дает ей более мощные конструктивные возможности.
Основным назначением HLA-технологии является создание больших виртуальных миров, соответствующих задачам конкретных учений или тренировок, в которых объекты могут взаимодействовать между собой и со средой. В качестве объектов могут выступать как математические, полунатурные моделирующие комплексы и тренажеры, так и реальные объекты. При этом не делают различия между ними, позволяя взаимодействовать друг с другом. Возможность объединения объектов в едином синтезированном пространстве позволяет операторам, находящимся территориально в различных точках, принимать при обучении или тренировке участие в совместных действиях.
Анализ практики применения отечественных обучающих средств показывает, что методика обучения на них по своей структуре мало чем отличается от занятий на реальном объекте. Однако простое перенесение на тренажеры методов, применяемых при обучении на реальных объектах, не позволяет в полной мере использовать все дидактические возможности современных тренировочных устройств для эффективного обучения2. Если раньше при проектировании обучающих средств исходным положением был принцип максимального подобия реальному объекту управления, а основными критериями - критерии динамического и информационного подобия, характеризующие возможности тренажера по моделированию рабочей среды оператора, и эти критерии (как условия) были достаточными, то в настоящее время в связи с современными требованиями к построению учебного процесса эти условия являются только необходимыми, но далеко не достаточными. Оптимизация процесса обучения, обеспечение эффективного усвоения знаний, формирование умений и навыков достигается при использовании специальных технических средств, позволяющих управлять процессом обучения.
Подход к процессу обучения как процессу управления обусловлен, во-первых, особенностями замкнутой системы «обучаемый - тренажер - инструктор», во-вторых, необходимостью обучения нескольких территориально разнесенных операторов выполнению общей задачи.
Таким образом, при разработке авиационных тренажеров возникает необходимость воспроизводить в тренажере, с одной стороны, работу практически всего комплекса авиационных систем и оборудования, а с другой - формировать подыгрыш боевых ситуаций, складывающихся в ходе противоборства сторон, т. е. моделировать условия внешней среды.
Моделирование условий внешней среды должно быть в объеме, необходимом для функционирования бортовых систем моделируемого летательного аппарата, т. е. с учетом тактико-технических характеристик этих систем по измерению и отображению информации о внешней среде. При этом должны учитываться существующие ограничения по технической реализации в тренажерах при отработке боевых задач.
Следовательно, объектами исследования при моделировании тактического фона в авиационных тренажерах при отработке боевых задач являются источники информации о внешней среде и методы воспроизведения этой информации в тренажере с учетом функционирования каждой бортовой системы, ее тактико-технических характеристик и принципов построения имитаторов этих систем. Этими источниками информации являются наземная и воздушная обстановки, состояние и динамика которых воспринимается измерителями бортовых систем летательного аппарата и представляется экипажу на систему отображения информации (СОИ) в объеме и форме, соответствующим тактико-техническим характеристикам этих систем.
Информацию о наземной и воздушной обстановке в зависимости от способа ее представления экипажу можно разделить на инструментальную, отображаемую на индикаторах СОИ, и неинструментальную - о внекабинном пространстве.
В соответствии с составом бортового оборудования инструментальная информация о внешней среде может быть представлена в различном виде. Воспроизведение каждого из видов этой информации зависит от назначения летательного аппарата и решаемых им задач.
Всестороннее рассмотрение тактики применения моделируемого летательного аппарата, тактико-технических характеристик бортовых систем и порядка их функционирования при решении различных боевых задач позволяет предъявить требования к объему и содержанию моделей тактического фона и динамики его функционирования с учетом противодействия сторон.
Методы моделирования, объем и содержание моделей зависят от масштаба ситуаций противоборства, которые необходимо воспроизвести в тренажере, а также от количества учитываемых средств противоборствующих сторон и типов этих средств.
Исследования при моделировании тактического фона в авиационных тренажерах при отработке боевых задач следует вести направлениях исследования методов имитации в авиационных тренажерах тактической обстановки для обучения летных экипажей ведению боевых действий в условиях противостояния, анализа задач фронтовой авиации при преодолении противовоздушной обороны и отражении налета средств воздушного нападения противника.
Современная ПВО вероятностного противника, насыщенная автоматизированными зенитно-ракетными и зенитно-ствольными комплексами большой, средней и малой дальности, представляет собой грозную силу, противодействующую авиации в решении боевых задач, которую нельзя недооценивать.
Опыт локальных войн и боевых действий авиации в Афганистане показывает, что при хорошей организации разведки и подавления ПВО, при отсутствии шаблона в тактике, при высокой точности и надежности поражения наземных целей потери авиации можно снизить до 1-3%.
Для решения задач противоборство авиации и ПВО очень важно, чтобы летный состав глубоко знал ограничения, вытекающие из физических принципов построения средств ПВО, понимая сущность воздействия на средства ПВО маневра, помех, средств поражения, четко представляя требования к маневрам против различных средств ПВО, способы и приемы радиоэлектронной борьбы и огневого воздействия на средства ПВО, и уметь эффективно применять все это в конкретных условиях обстановки, пользуясь набором заранее отмоделированных и отработанных приемов.
Важную роль в решении этой задачи могут сыграть тактические авиационные тренажеры, которые позволяют формировать и разыгрывать конфликтные боевые ситуации, складывающиеся в ходе противоборства авиации с ПВО противника.
Целями обучения на таких тренажерах летного состава является преодоление ПВО противника, выход к заданным целям, их поражение и возврат на аэродром базирования.
Для достижения этих целей в распоряжении тренирующегося экипажа самолета имеются следующие средства и возможности:
- информация от имитаторов станции предупреждения об облучении и информация от пассивного радиопеленгатора о входе самолета в зоны облучения РЛС ПВО;
- выполнение маневров для обхода зон обстрела средств ПВО или для сокращения времени пребывания в этих зонах, выполнение противозенитных или противоракетных маневров для нарушения или срыва наведения зенитных ракет и ведения прицельного огня зенитной артиллерией;
- применение инфракрасных помех (ИК-ловушек) против средств ПВО и ИК-систем наведения ракет;
- огневое подавление средств ПВО бортовым оружием, в том числе управляемыми ракетами.
Критерием качества работы летного состава является вероятность выполнения боевой задачи, составным элементом которой входит вероятность преодоления экипажем зоны ПВО.
Кроме того, указанные исследования должны включать:
- обоснование вариантов тактической обстановки для реализации в авиационном тренажере;
- разработку методов воспроизведения в тренажерах визуальной обстановки и изображений на индикаторах СОИ при применении авиационных средств поражения по наземным и воздушным целям;
- разработку критериев оценки при выполнении боевых задач при перехвате воздушной цели, при преодолении ПВО, при применении оружия;
- разработку рекомендаций по способу представления информации инструктору при применении методов машинной графики, при использовании диалоговых средств подготовки полетных заданий, при использовании средств управления обучением;
- разработку требований к техническим и программным средствам для воспроизведения в авиационном тренажере тактической обстановки.
Технические средства подготовки авиаперсонала должны обеспечивать: изучение инженерно - техническим составом правил эксплуатации летательного аппарата (ЛА), освоение, тренировку, поддержание профессионального мастерства, переучивание и оценку готовности летного состава к решению комплекса задач, связанных с пилотированием, самолетовождением и боевым применением ЛА одиночно и в составе группы, с использованием бортового оборудования и во взаимодействии с наземными системами управления, в условиях огневого, помехового и траекторного противодействия при введении отказов в работе систем и оборудовании ЛА и аварийных условий полета.
В настоящее время общепризнано, что проблема формирования у человека-оператора навыков принятия решения в условиях критически изменяющейся обстановки представляет большие методические и технические трудности.
В этих условиях проблема имитации вооружения и тактических условий является одной из наиболее важных задач в системе подготовки летчиков на тренажере. Степень подобия тактической обстановки и возможных угроз нападения должна быть достаточно высокой, чтобы летчик мог получить в процессе тренировок профессиональные навыки, достаточные для ведения реального боя.
Имитация вооружения современного авиационного тренажера формируется за счет моделирования системы управления вооружением (СУВ) и системы средств поражения.
Государственной компанией «Росвооружение», Авиастроительной корпорацией «Сухой», Пензенским КБ «Моделирование» и фирмой Camber Corporation SBS Simulation Systems Division разработаны технические предложения по моделированию систем управления вооружением и тактической обстановки в авиационных тренажерах для ряда самолетов Авиастроительной корпорации «Сухой», учитывающие наиболее современные подходы в этом направлении. В основном разработчики предлагают следующие подходы к моделированию.
Система управления вооружением. Имитационные модели СУВ связаны со всеми органами управления системой и представляют обучаемому соответствующие зрительные, акселерационные и акустические сигналы, сопровождающие выбор оружия, приведение его в боевую готовность и выстрел (пуск). Также имитируются аэродинамические, весовые и инерциальные эффекты, проявляющиеся при использовании оружия и его пуске. Установка вариантов загрузки и управления имитируемым оружием осуществляется с пульта инструктора.
Система средств поражения. Эффективность применения оружия при ведении боя вида «воздух-воздух» с применением ракет или пушек определяется с помощью системы моделирования полета бомбы, ракеты или снаряда. Имитация оружия обеспечивает моделирование полета ракеты, которая после выбора, захвата и схода будет преследовать заданную цель с характерным для реальной ракеты ускорением, разворотами и наведением.
Производится поэлементная оценка правильности действий обучаемого при подготовке и сбросе оружия. С помощью алгоритма поражающей способности ракеты, базирующегося на расчетах расстояния от ракеты до цели, можно судить о вероятности поражения цели. Имитируется также ведение воздушного боя («воздух-воздух») с применением пушек. Количество попыток поражения цели и вероятность поражения определяется с помощью компьютерной программы пульта инструктора.
Обычно в тренажере предусмотрены тренировки по ведению боя вида «воздух-земля» управляемыми бомбами и ракетами. Бомбы, сброшенные с имитируемого самолета на землю, летят по баллистической траектории, определяемой по вектору скорости самолета при сбросе, в зависимости от состояния атмосферы и аэродинамических коэффициентов сопротивления выбранного оружия. Аналогично определяется траектория снаряда или ракеты от самолета до земли.
Координаты наземных целей заложены в базу данных системы определения величины промаха, которая рассчитывает число ракет или снарядов, выпущенных по цели или в случае сброса бомб - расстояние X-Y от места падения бомбы до цели. Имитируется работа оптических, радиолокационных и других систем управления оружием при всех видах ведения боя.
Тактические условия. Имитация тактических условий является одной из наиболее важных задач в системе подготовки летчиков для выполнения боевых задач на авиационных тренажерах. Степень подобия тактической обстановки и возможность угроз нападения должна быть достаточно высокой, чтобы летчик мог получить в процессе тренировок профессиональные навыки, достаточные для ведения реального боя.
Система имитации тактической обстановки (ИТО) должна обеспечивать полную и всестороннюю подготовку летчика для ведения различных видов боя. Система ИТО обеспечивает достоверность тактической обстановки при одиночных и групповых действиях и обеспечивает взаимодействие с системами вооружения, визуализации и радиотехнического обеспечения. ИТО - это полностью интерактивная (диалоговая) система, которая используется для:
- планирования и формирования задания;
- создания сценария задания;
- имитации летно-технических и тактических характеристик воздушных средств нападения;
- имитации тактических характеристик наземных и морских средств противодействия;
- задания вероятности поражения;
- многократного повторения задания;
- записи процесса выполнения задания для оценки разбора полета.
Система ИТО позволяет объединять на общем тактическом поле несколько авиационных тренажеров, выполняющих совместные действия или противодействия. Объединение вычислителей тренажеров осуществляется с помощью стандартной локальной сети. Предусматривается имитация общего речевого радиообмена объектов и их радиосвязи с инструкторами.
В составе каждого тренажера моделируются несколько «ведомых», выполняющих совместный полет с ведущим, роль которого играет обучаемый на тренажере летчик. Для «ведомых» также задаются основные летно-технические, огневые и тактические характеристики. «Ведомые» автоматически выполняют команды ведущего, передаваемые им по имитатору радиолинии передачи команд.
Система ИТО предусматривает имитацию дальнего наведения на воздушные цели при взаимодействии с наземными пунктами наведения.
Имитируемые объекты. Система ИТО позволяет одновременно моделировать до 200 различных объектов. Размещение объектов в районе боевых действий осуществляется на этапе предполетной подготовки с пульта инструктора/оператора. Предусмотрено запоминание и долговременное хранение различных вариантов тактической обстановки с целью дальнейшего их использования.
Объекты - это имитируемые элементы тактической обстановки, которые используются как элементы реального мира и задаются в земной системе координат. Любой объект может представлять или не представлять собой опасность для объединенных локальной сетью авиационных тренажеров. Объекты - это пилотируемые самолеты, наземные станции (зенитные установки, управляемые ракеты), корабли и др.
В ИТО имитируются характеристики трех основных объектов:
- воздушные объекты;
- морские объекты;
- сухопутные объекты.
Воздушные объекты. К воздушным объектам относятся все типы летательных аппаратов, оснащенных средствами перехвата и атаки.
При этом реализовано 5 различных вариантов движения таких объектов:
- неподвижный (или малоподвижный);
- активный, движущийся с заданной скоростью и курсом на высоте полета самолета;
- управляемый, движущийся с заданными параметрами, которые могут быть изменены с пульта инструктора;
- маневрирующий, движущийся с заданными параметрами в заданную точку;
- програмно-управляемый.
Отметим, что программно-управляемый объект - объект, который осуществляет движение по заранее заданным траекториям, характеризующим налет (в боевых порядках «клин», «пеленг», «колонна пар», «колонна звеньев») и, при выполнении определенных условий, выполняют оборонительные маневры (змейка, вираж, изменение высоты, скорости, отворот), а также оказывают огневое и радиоэлектронное противодействие (по командам инструктора). После выполнения хотя бы одного из перечисленных маневров, нарушающих запрограммированное движение, объекты двигаются в направлении заранее заданного направления (объекта удара).
Полет имитируемого объекта осуществляется в соответствии с его летно-техническими характеристиками. Для контроля за действиями обучаемого и разбора полета предусмотрена запись траектории полета.
Возможность воспроизведения записанной траектории полета поможет в выполнении объектом маневра уклонения. Это обеспечивается повторением маневров, предварительно выполняемых летчиком с места обучающегося, т. к. на тренажере производится запись маневров. Записанный маневр может быть воспроизведен на любом имитируемом самолетном объекте.
Морские объекты. К морским относятся все объекты (корабли), оснащенные радарами, ракетами, зенитными пушками, станциями радиоперехвата и глушения. Данные объекты движутся по запланированным маршрутам. Каждый корабль имеет имитационную модель, которая воспроизводит килевую качку, вывод на заданный курс, бортовую вертикальную качку судна в соответствии с состоянием морской поверхности и определяет положение и ориентацию палубы корабля и всех других систем, образующих модель корабельного оборудования.
При имитации морских судов обеспечивается ориентация палубы по курсу и относительно горизонта для достоверного визуального воспроизведения движения корабля. Движение корабля должно зависеть от состояния морской поверхности, но не должно сопоставляться с имитацией визуальной картины волн. Корабли должны наблюдаться визуально через окна кабины, на экранах поиска и сопровождения, а также на экранах РЛС.
Сухопутные объекты. К сухопутным объектам относятся такие объекты, как:
- места расположения ракетно-зенитных установок;
- места расположения радиоэлектронных средств противодействия (РЭП);
- движущиеся наземные силы.
Места расположения ракетно-зенитных установок. Эти сухопутные объекты представляют собой стационарные неподвижные наземные огневые позиции.
Имитация огневой позиции - выдача сигнала (главным образом для подсистемы визуализации) для имитации дыма, сопровождающего запуск ракеты, и для имитации вспышек при выстрелах. Огневые позиции можно видеть из окна кабины, на экране телевизоров поиска и сопровождения, а также на экране радара.
Места расположения РЭП. Эти сухопутные объекты располагаются в определенном радиусе действия на определенном месте и способны создавать помехи для работы других радиотехнических средств.
В состав средств радиоэлектронной борьбы входят одно или несколько следующих устройств: обзорные РЛС (включая РЛС дальнего обнаружения), радиолокационные высотомеры, системы радиотехнического обеспечения и наземные постановщики организованных помех.
Логика управления средствами РЭП включает в себя интеграцию информации, полученной от общей системы управления оборудованием летательного аппарата соответствующей информацией по обнаружению (по сети связи командования и управления). Обеспечивается возможность инструктору изменять ситуацию (изменение режимов, частот, использование движущихся целей). Учитывается моделируемая ситуация угрозы и динамика движения авиационной цели.
Для каждого средства РЭП могут моделироваться несколько вариантов тактических задач.
Движущиеся наземные силы. Эти сухопутные объекты представляют собой движущиеся транспортные средства (грузовые машины, танки, поезда или колонны автотранспорта) и пункты связи командования.
Объекты должны наблюдаться визуально, на экранах тепловых систем поиска и сопровождения и на экранах РЛС. При имитации наземных сил должна обеспечиваться имитация движения, исключается поражающая способность и излучение. Имитация обеспечивается до тех пор, пока цель (транспортные средства) не будет поражена. В этом случае транспортное средство должно прекратить движение и «стать бездействующим».
Базовая библиотека системы ИТО вмещает до 200 моделей объектов ИТО и содержит информацию обо всех объектах, которые должны моделироваться. Остановимся на некоторых частных моделях.
Модели бортовых систем вооружения, оружия и постановки помех имитируемых объектов. Модели бортовых систем разведки и вооружения объектов в системе ИТО включают обзорные РЛС, высотомеры, РЛС - обнаружения и сопровождения целей, приборы оптического или электронно-оптического сопровождения цели и системами радиоэлектронной разведки, излучатели, используемые для наведения ракет или облучения целей для ракет с полуактивной системой наведения. Система имитации вооружения обеспечивает выполнение задания объектов с учетом их маневров, а также любых мер электронного, теплового противодействия, используемых противником. В качестве оружия используются управляемые и неуправляемые ракеты и пушки.
Модели управляемых ракет объектов. В момент пуска ракет визуально воспроизводятся пусковая вспышка и дым. Модели ракет обеспечивают воспроизведение координат, скорости и инверсионного следа для визуального отображения траектории ракеты. Движение и характер излучения ракет отражается на бортовых индикаторах.
Модели пушек. Пушки включают в себя зенитную артиллерию и пушки класса «воздух-воздух». В момент стрельбы визуально воспроизводятся вспышки и трассеры. При регистрации попадания используется баллистический эффект.
Модели неуправляемых ракет. При пуске ракет воспроизводится визуальное и тепловое изображение траекторий. Изображение на тепловом индикаторе соответствует показаниям других бортовых приборов.
При регистрации попаданий используется баллистический эффект.
При попадании одной или нескольких ракет воспроизводится эффект детонации, за которым следует эффект уничтожения.
По сравнению с существующими аналогичными системами эксплуатируемых отечественных авиационных тренажеров предложения имеют более обширный, современный характер и в случае их реализации дадут значительный эффект для подготовки летных экипажей ведению боевых действий.
Остановимся на имитации воздушных объектов.
Процесс боевой подготовки экипажа самолета заключается в овладении знаниями, формировании умений и превращении всех элементов деятельности в навыки. Тогда летчик, стремясь к выполнению боевой задачи, сумеет выбрать оптимальную доктрину или изменить применяемую доктрину.
При этом необходимо учитывать тот факт, что существенное изменение боевой обстановки приводит к изменению способа действий летчика при выполнении боевой задачи, т. е. к изменению структуры эргатической системы «летчик-самолет». Отсюда следует изменение поведения самой эргатической системы, вернее, способов формирования этого поведения, что приводит к необходимости анализа основных уровней адаптации летчика в эргатической системе по мере его обучения и отработки системы в целом.
Так как речь идет о формировании эргатической системы, техническая часть которой остается неизменной, а формирование происходит за счет обучения летчика, то необходимо в процессе обучения предъявлять обучаемому ситуации последовательно повышающейся сложности и для каждой ситуации предлагать критерии и способы оценки качества его работы. Все ситуации, связанные с предъявлением летчику заданий по боевому применению летательного аппарата, следует разделить на несколько уровней, каждый из которых разбивается на три подуровня: индивидуальный, оптимальный и соревновательный.
Первый уровень. Эти ситуации относятся к штатным режимам полета. Летчик действует в соответствии с поставленной задачей в условиях номинального эмоционального фона (соответствующего работе летчика в нормальных условиях). Летчик обучается штатному управлению (штатному поведению), достигая стабильных уровней показателей качества эргатического процесса.
Здесь ставится задача оценки облученности не по частостям успешных циклов эргатического процесса, последовательно предъявляемых летчику. Адаптивность эргатической системы делает такую оценку неприемлемой. В этом случае оценка должна осуществляться локально, в пределах одного цикла процесса.
С точки зрения имитации тактической обстановки, в ситуациях первого уровня летчику должны последовательно предъявляться следующие варианты объектов тактической обстановки:
- неподвижный (или малоподвижный);
- активный, движущийся с заданной скоростью, курсом и высотой;
- маневрирующий, движущийся с заданными параметрами в заданную точку.
Движение имитируемого объекта осуществляется в соответствии с его тактико-техническими характеристиками, и объект не проявляет агрессивности.
Однако в такой локальной ситуации трудно учитывать действие мотивации, оценивать надежность сформированной (на данный момент) эргатической системы «летчик-самолет» (надежность - категория нелокальная). Мотивация и факторы напряженности в большинстве случаев также действуют нелокально. Поэтому следующим при обучении летчика должен быть этап усложнения ситуаций.
Оптимальный подуровень предполагает действия летчика по тем же заданиям и упомянутым объектам в режиме соревнования с оптимальной математической моделью выполнения поставленной задачи. На этом подуровне создается не только игровая ситуация «кто быстрее», но и обучение оптимальным действиям при выполнении данной боевой задачи.
Наиболее важным в мотивационном плане является соревновательный подуровень, на котором летчик выполняет боевую задачу в условиях соревнования в составе группы летчиков, перед которыми ставится одна и та же задача. Участники группы действуют в соответствии с критериями, не предусматривающими организацию помех партнерами.
Второй уровень. Ситуации второго уровня и соответствующие подуровни отличаются от ситуаций первого уровня только вариантами движения объектов:
- управляемый, движущийся с заданными параметрами, которые могут быть изменены инструктором;
- программно-управляемый.
Третий уровень. Ситуации третьего уровня подразумевают варианты движения объектов имитатора тактической обстановки первого и второго уровней, но объекты оказывают огневое и радиоэлектронное противодействие (в простейшем случае по командам инструктора).
Четвертый уровень. Ситуации не отличаются по своему существу от ситуаций, ранее предъявляемых летчику. Различие состоит в создании нештатных ситуаций при введении таких отказов в оборудовании и вооружении летательного аппарата, которые принципиально могут быть парированы летчиком.
Естественно, что достигнутые на этом уровне показатели качества эргатического процесса (выполнение боевой задачи) являются более высокими, чем ранее. Но при этом не учитываются факторы, относящиеся к высшему типу взаимодействия - управлению в условиях рефлексивного взаимодействия противников.
Пятый уровень. Ситуации пятого уровня представляют собой рефлексивное взаимодействие3,4 эргатической системы «летчик-самолет» с объектами имитатора тактической обстановки (или другой эргатической системой) с противоположными интересами.
Имитация такого рода взаимодействий позволяет выявить глубинные ресурсы повышения эффективности деятельности летчика при выполнении боевых задач, так как при этом наиболее выражены факторы мотивации и напряженности. Рефлексивное взаимодействие предполагает игровую ситуацию, а связанные с этим стратегии деятельности летчика требуют от него высоких уровней адаптивности, скорости принятия решений, учета многих факторов эргатического процесса и пр.
Как неоднократно отмечалось, имитация тактических условий является одной из наиболее важных задач в системе подготовки летчиков на авиационных тренажерах. Степень подобия тактической обстановки и возможных угроз нападения должны быть достаточно высокими, чтобы летчик мог получить в процессе тренировок профессиональные навыки, достаточные для ведения реального боя.
В работе А.Н. Анисимова5 рассмотрена формально-логическая схема построения имитатора тактической обстановки, которая в конечном итоге приводит к необходимости разработки математических моделей.
В качестве математической теории построения некоторых алгоритмов имитатора целесообразно использовать теорию игр, позволяющую исследовать конфликтные ситуации. Конфликтная ситуация представляет собой состояния, в котором сталкиваются интересы двух и более сторон, преследующих различные цели6. Непосредственным предметом теории игр является математический анализ формализованной модели конфликтной ситуации, учитывающей особенности реального процесса. Такая формализованная модель реального процесса и называется «игрой».
Степень оптимальности поведения игроков на протяжении игры должна связываться с некоторым количественным показателем, имеющим численное значение, зависящее от поведения сторон в игре. При этом необходимо, чтобы усилия сторон, преследующих противоположные цели, меняли этот критерий в противоположных направлениях. Значения критерия качества, полученного в результате игры, называется платой. Плата игры, найденная при условии оптимального поведения сторон, принимающих участие в конфликте на протяжении всей игры, называется ценой игры. Момент окончания игры может быть фиксирован заранее, т. е. до начала игры, но может определяться и на основании выполнения в процессе игры некоторого условия. Платой может служить, например, расстояние между перехватчиком и целью в момент окончания наведения, если этот момент определен заранее. Другим примером платы может служить время сближения перехватчика и цели до заданного относительного расстояния. И в том и в другом случае преследующий объект стремиться к уменьшению платы, тогда как преследуемый будет стараться увеличить это значение.
При решении задач игрового управления принято считать7, что для достижения своих целей каждый объект игры может воздействовать на состояние системы с помощью конечного числа параметров управления. При этом, для определения исхода игры требуется знать значения переменных состояния в 1-й момент времени, принимаемых за начальный, которые в свою очередь служат исходной информацией для выбора объектом игры реализуемого управления.
При построении игры, исходя из реальных особенностей конфликтной ситуации, множество переменных состояния должно быть таким, чтобы получить непосредственное и исчерпывающие описание конфликта. Однако при этом может оказаться, что размерность пространства игры п велика. Однако во многих случаях можно от естественного пространства перейти к редуцированному за счет рационального выбора систем координат и соответствующего уменьшения размерности пространства игры.
В имитаторе при решении задач наведения одного ЛА на другой стандартным приемом уменьшения пространства игры в два раза является переход к относительному движению. Причем помещение начала координат в центр масс цели или перехватчика диктуется только соображениями исследуемого процесса.
Ситуации пятого уровня представляют собой рефлексивное взаимодействие с противоположными интересами эргатической системы «летчик-самолет» с объектами системы имитации тактической обстановки (ИТО)3. Рассмотрим одну из таких ситуаций.
Объект ИТО при «подходе к нему» эргатической системы «летчик-самолет» начинает маневрировать, чтобы уйти из зоны поражения. Зона поражения определяется расстоянием от объекта до эргатической системы. Объект не агрессивен.
Необходимо построить математическую модель движения объекта ИТО и оптимальную модель выполнения летчиком поставленной задачи.
Входными воздействиями в модели являются перегрузки, n1x, n1z, n2x, n2z . Рассматриваемая модель позволяет легко вводить и учитывать ограничения по величинам перегрузок ЛА и объектов моделирования ИТО, создаваемых в процессе выполнения маневров.
Тогда необходимое решение поставленной задачи в дискретном варианте следует из решения двух задач математического программирования:
Известно8, что способ решения задач нелинейного программирования с помощью процедуры линеаризации, реализуемой по надлежащим образом построенной схеме итерационного процесса, относится к числу наиболее очевидных. Таким образом, рассматриваемый алгоритм сводится к решению двух задач в линейной постановке с линейными ограничениями.
Рассмотренный алгоритм является важным элементом при реализации имитатора тактической обстановки комплексных тренажеров самолетов нового поколения.
В качестве основного вывода доложенного исследования следует отметить, что предложенные методические подходы к моделированию тактического фона в авиационных тренажерах просты при их технической реализации и могут использоваться в тренажерных системах разнообразных имеющихся и перспективных летательных аппаратов.
ПРИМЕЧАНИЕ:
1. Рог В.Г. Воздушные операции упразднить нельзя. //Независимое военное обозрение. - 2000. - № 38.
2. Анисимов А. Н. Особенности профессиональной подготовки личного состава вооруженных сил на современном этапе.//Сборник статей научно-практической конференции: Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 1999 г. - С. 3-4.
3. Анисимов А. Н., Годунов А. И., Мандриков В. И. Взаимодействие и ситуации при отработке полетного задания на авиационных тренажерах. //Сборник статей научно-практической конференции: Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2000. -С. 67-70.
4. Таран В.А. Эргатические системы управления. - М.: Машиностроение, 1976, - 188 с.
5. Анисимов А. Н. Методологические аспекты создания имитатора тактической обстановки в авиационных тренажерах.//Сборник статей научно-практической конференции: Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2000. - С. 70-74.
6. Петросян Л.А. и др. Теория игр. - М.: Высш. шк. Книжный дом «Университет», 1998. -304 с.
7. Дмитриевский А.А., Лысенко Л.Н. Прикладные задачи теории оптимального управления движением беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1978. -328 с.
8. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. - М.: Мир, 1975. -534 с.
