Тренажные системы боевых расчётов командных пунктов
«Наука и военная безопасность», № 1, 2004 г., с.51-54
Тренажные системы боевых расчётов командных пунктов
начальник научно-исследовательской лаборатории связи и АСУ
Военной академии Республики Беларусь,
кандидат технических наук, доцент
Адъюнкт Военной академии Республики Беларусь
научно-исследовательской лабораторией БГУИР,
кандидат технических наук, доцент
Н.А. ВОЛОРОВА, старший научный сотрудник
научно-исследовательской лаборатории БГУИР,
кандидат технических наук, доцент
При управлении большими динамическими комплексами на первый план выдвигается проблема формирования необходимого уровня профессиональной подготовки оператора.
Наиболее эффективным средством профессиональной подготовки операторов являются тренажёры, создающие иллюзию управления реальным объектом. Тренажёры играли и продолжают играть особую роль при подготовке операторов наземных, морских, воздушных и космических объектов
При разработке современных сложных автоматизированных комплексов и систем возникает множество задач, среди которых наиболее трудной является задача обеспечения высокой эффективности взаимодействия человека с автоматизированной частью системы.
Тренажёры эффективно применяются практически во всех сферах деятельности. Современные методы подготовки операторов базируются прежде всего на использовании для этих целей тренажёров, обеспечивающих систематические тренировки независимо от метеорологических условий, вне связи с воздушной, водной или наземной обстановкой и с ограничениями, складывающимися в реальных условиях.
Тренажёры позволяют сократить до минимума или даже исключить подготовку операторов на реальных объектах, сократить расходы и повысить уровень профессионализма операторов.
В зависимости от назначения на тренажёры могут возлагаться самые различные задачи: первоначальное обучение операторов, их переучивание и тренировки по поддержанию навыков, профессиональный отбор, решение задач проектирования, исследования оборудования и систем управления объектов, отработка методик управления ими, а также методик и программ обучения операторов.
Подготовка операторов к управлению сложными динамическими объектами в современном представлении — это поэтапный, управляемый и контролируемый процесс. Анализ общих задач профессиональной подготовки операторов позволяет выделить три основные функции, которые должны быть реализованы в каждом тренажёре:
-имитация условий работы оператора,
— обучение оператора со стороны инструктора-методиста,
-контрольза действиями обучаемого.
Для более полного определения задач, связанных с имитацией условий работы оператора, рассмотрим основные этапы деятельности оператора при решении задач управления реальными объектами.
Первый этап — восприятие информации — процесс, включающий в себя операции обнаружения объекта, восприятия, выделения в объекте отдельных признаков, отвечающих стоящей перед оператором задаче; ознакомления с выделенными признаками и опознания объекта восприятия.
Второй этап — оценка информации, её анализ и обобщение на основе заранее заданных или сформированных в процессе обучения критериев оценки. Оценка производится путём сопоставления воспринятой информационной модели со сложившейся у оператора внутренней образно-концептуальной моделью процесса.
Третий этап — принятие решения о действиях — акт, формируемый на основе проведённого анализа информационной и образно-концептуальной моделей обстановки.
Четвёртый этап — исполнение принятого решения посредством определённого действия или отдачи соответствующих распоряжений.
Пятый этап — контроль за результативностью исполнения принятого решения.
Первые два этапа представляют собой информационный поиск, последние три объединяются понятием обслуживания. В реальной работе оператора информационный поиск и обслуживание взаимообусловлены, так как от принятого решения зависит направление следующего шага информационного поиска. В свою очередь, результаты информационного поиска оказывают влияние на точность и скорость обслуживания. Все эти этапы необходимо наиболее полно воспроизводить на тренажёре. Из анализа этапов деятельности оператора при решении задач управления объектов следует, что для формирования и совершенствования профессиональных навыков операторов на тренажёрах необходимо создание такой информационной модели воспроизводимых условий в реальном масштабе времени, чтобы зрительное восприятие и моторная реакция оператора не отличались от таковых в реальных условиях.
Поэтому на рабочих местах операторов современных тренажёров предусматривается оборудование, идентичное реальному. Геометрические размеры кабин самолётов, пилотируемых космических аппаратов, постов управления морских судов и др., а также расположение приборов, индикаторных устройств и органов управления по отношению к тренируемому оператору соответствуют реальным условиям. Однако внешнее подобие, хотя и имеет большое значение, ещё не обеспечивает воспроизведения на тренажёре наиболее существенных моментов трудовой деятельности оператора, позволяющих формировать необходимые профессиональные навыки.
Эффективность применения тренажёров зависит не только от степени приближения условий тренировок к реальным, но и от методик обучения операторов, которые разрабатываются с учётом закономерностей формирования навыков у обучаемых. В программу тренировочных упражнений должны входить, прежде всего, наиболее сложные экстремальные ситуации, навыки работы, которые невозможно создать в реальных условиях. Например, обучаемому судоводителю необходимо отрабатывать навыки управления судном в различных районах плавания, при широком разнообразии внешних условий (ветер, волнение, течение, видимость и т. д.). Кроме того, тренажёр должен позволять инструктору изменять ситуации, вводить новые или дополнительные условия, усложняющие управление объектом или создающие помехи, а также формировать упражнения по возрастанию сложности. При этом навыки ранжируются по значимости; характер задач, выполняемых в процессе тренировки, индивидуализирован с учётом функциональных обязанностей и возможностей оператора.
Оптимизация обучения достигается также такими методическими приёмами, как повторное воспроизведение особо сложных элементов управления, ввод неисправностей, остановка тренировочного упражнения для оперативного разбора инструктором ошибок, допущенных обучаемым, объективизация обучения, самоконтроль и др.
В целом для обеспечения формирования и совершенствования у операторов профессиональных навыков и умений по управлению динамическими объектами на тренажёры возлагаются следующие основные задачи:
-имитация в регулируемом (замедленном, реальном, ускоренном) масштабе времени функционирования объекта (динамики его поведения, бортовых систем)и внешней обстановки в средствах наблюдения объекта в соответствии с управляющими воздействиями обучающегося оператора в нормальных и критических режимах;
— моделирование физических факторов рабочей среды, вызывающих у обучаемых ощущения, адекватно связанные с алгоритмом их деятельности;
— управление процессом обучения и тренировки;
— контроль, оценка и регистрация деятельности операторов в процессе обучения и тренировки;
— воспроизведение информации, зафиксированной в процессе обучения и тренировки, с возможностью временной остановки, возврата на любой предыдущий этап отрабатываемой задачи.
Тренажёр должен обеспечивать идентичность восприятия информации и пространственно-временных характеристик управляющих воздействий обучаемого на тренажёре и на реальном объекте, широкий диапазон воспроизводимых в тренировочных упражнениях условий и ситуаций, гибкую перестройку на выполнение различных задач. Выполнение указанных задач и требований обеспечивается соответствующим структурным построением тренажёра и использованием соответствующих структурных элементов.
Тренажные системы, включающие в себя имитаторы воздушной и наземной обстановки, используемые в радиотехнических системах, состоящих на вооружении в Вооружённых Силах Республики Беларусь, обладают на данный момент ограниченными возможностями. Это объясняется, прежде всего, тем, что имеющиеся радиотехнические системы были разработаны в 60-е, 70-е годы и на момент принятия на вооружение учитывали уровень развития радиоэлектронных средств и средств воздушно-космического нападения. Возможность регулярно проводить в войсках тренажи, тренировки, учения, в том числе выезды на полигон с боевой стрельбой, отодвигали проблему создания тренажёров на второй план.
В настоящее время ситуация коренным образом изменилась. Проводить разнообразные тренировки, а тем более обеспечить регулярный выезд на полигон с боевой стрельбой всем частям и соединениям не представляется возможным. Всё более актуальной становится задача подготовки боевых расчётов командных пунктов различных уровней, ЗРК, операторов РЛС, следовательно, возрастают требования к имитационным средствам. Существующие тренажные средства, находящиеся в составе радиотехнических систем, позволяют создавать несложную обстановку — это, как правило, 4-6 целей, имеющие несложные траектории с возможностью комбинировать их с активными и пассивными помехами. Личный состав командных пунктов, радиотехнических средств быстро запоминает возможные варианты воздушной обстановки, естественно, далее их мастерство не совершенствуется. Необходимо отметить, что огромным недостатком является также отсутствие в устройствах тренажа сигналов, имитирующих отражения от земли, хотя события последних десяти лет показывают, что в вооружённых конфликтах всё большее применение находят средства доставки, имеющие малую отражающую поверхность и летящие на предельно малых высотах.
Тренажные средства командных пунктов, на которых установлены автоматизированные системы управления, обладают более высокими возможностями, но по следующим причинам также являются несовершенными. Существующие тренажные средства, установленные на радиотехнических средствах, не связаны в единую систему, позволяющую проводить тренажи в составе вида войск. Взаимодействующие командные пункты и подчинённые подразделения не могут проводить тренировки в полном объёме из-за отсутствия современных средств тренажа.
Таким образом, возникла острая потребность в тренажных средствах, возможности которых позволяли бы проводить тренажи в единой системе, начиная с операторов начального уровня и заканчивая боевым расчётом командного пункта самого высокого уровня.
Тренажные средства должны отвечать следующим основным требованиям:
обладать высокой эффективностью прикладного программного обеспечения, сочетающего последние достижения теории расчётов динамических моностатических и бистатических характеристик вторичного излучения подвижных объектов различных типов и классов, статистического моделирования помех, статистического и аналитического моделирования сложных систем управления, каналов обработки и измерения радиотехнических систем;
обладать универсальностью, обеспечиваемой широкими возможностями математических методов, статистического и аналитического моделирования радиотехнических систем и систем автоматического управления, наличием оперативно пополняющегося банка данных математических моделей радиотехнических систем, сигналов, помех и объектов локации;
обладать гибкостью и адаптивностью, которая будет обеспечиваться модульным принципом построения системы, наличием цифровой системы управления режимами её работы, эффективного математического обеспечения обработки результатов испытаний, а также наличием элементов искусственного интеллекта;
обладать возможностью автоматизированной идентификации структуры и параметров математических моделей испытуемых систем;
возможностью проведения имитации для радиотехнических систем в целом, а также для их элементов в динамике многоцелевых (многосигнальных) ситуаций, на фоне различного рода помех в условиях, идентичных реальным.
Тренажные средства должны иметь модульный принцип построения и состоять из следующих основных элементов:
1)модуль (пульт) управления режимами работы, позволяющий осуществлять перестройку установки и изменение режимов ее работы, исходя из решаемых задач и типа радиотехнической системы;
2)модуль цифровой имитации зондирующих сигналов, позволяющий формировать комплексную огибающую используемого в данной радиотехнической системе сигнала (ансамбля сигналов);
3)модуль цифровой имитации отражённых (излучённых) I сигналов, позволяющий учитывать :дальность до источника первичных или вторичных излучений; регулярные и случайные параметры движения как источника излучений, так и носителя приемной аппаратуры; Х-влияние характера движения объекта на параметры закона модуляции отражённого (излучённого) сигнала; условия распространения радиоволн в атмосфере и ионосфере; влияние подстилающей поверхности; влияние радиопрозрачных обтекателей антенных систем;
4)модуль цифровой имитации шумов и помех следующих видов: внутренние шумы приёмных устройств; шумы естественного(природного) происхождения; активные шумовые помехи различных видов; ответные имитирующие помехи: ответные уводящие помехи; мешающие отражения от подстилающей поверхности; Х-пассивные маскирующие помехи искусственного происхождения; пассивные имитирующие помехи; комбинированные помехи различных видов;
5)модуль перевода цифровой смеси сигналов и помех на видеочастоту;
6) модуль перевода смеси сигналов и помех на промежуточную частоту для ввода в тракт обработки;
7) модуль перевода смеси сигналов и помех на сверхвысокие частоты для ввода в тракт усилителя высокой частоты;
8)модуль излучения радиосигнала, представляющий собой набор фидерных устройств, согласующих и излучающих элементов;
9)модуль сопряжения с радиотехнической системой, позволяющий осуществлять импульсную, частотную, фазовую и информационную синхронизацию на основе сигналов синхронизатора и цифровых каналов обмена радиотехнической системы;
10)модуль аналого-цифровой регистрации и документирования сигналов, предназначенный для подключения в контрольные точки радиотехнической системы, оцифровки и хранения получаемых данных;
11)пакет прикладных программ моделирования и характеристик радиотехнических систем, специальных программ для статистической обработки регистрируемых данных, идентификации математических моделей по регистрируемым данным, оценки показателей качества работы отдельных устройств и показателей назначения (эффективности) радиотехнических систем в целом.
Технические характеристики системы имитации видео- и радиосигналов РЛС в режиме реального времени с учётом параметров окружающей среды, наличия множества целей, активных помех, вторичных отражений и т.д. должны отвечать следующим требованиям:
1.Диапазон рабочих частот: 100кГц. 95 ГГц.
2.Виды генерируемых сигналов: непрерывный; квазинепрерывный; импульсный.
3. Законы модуляции и манипуляции генерируемых сигналов: амплитудные; частотные; фазовые; комбинированные.
4. Параметры моделируемых радиолокационных сигналов: длительностьимпульса-0,1. 1000 мкс; период повторения импульсов — 0,1. 105 мкс; ширина спектра радиосигналов -1. 105кГц; ширина спектра видеосигналов — 0. 10 Гц.
5.Управляемые параметры сигналов: несущая частота; временная структура; поляризационная структура (в круговом и линейном базисах).
6.Виды моделируемых и генерируемых активных помех: шумовые маскирующие всех видов; ответные уводящие; ответные имитирующие; комбинированные.
7. Виды моделируемых и генерируемых пассивных помех: маскирующие естественного происхождения; маскирующие искусственного происхождения; имитирующие; комбинированные активно-пассивные.
Для тренировки боевых расчётов командных пунктов различных уровней необходима имитационная модель управления движением летательных аппаратов, предназначенная для создания имитационно-моделирующих и тренажёрных комплексов радиотехнических систем, а также в автоматизированных системах управления различного уровня. В модели должны быть предусмотрены средства, обеспечивающие её совместное использование с системой имитации физических сигналов (излучаемых и отражённых) радиотехнических систем различных типов, что позволит создать системы полунатурного моделирования радиотехнических систем и комплексов различных типов и назначений. В этом случае высокая эффективность тренировки боевых расчётов будет достигаться за счёт обеспечения высокой степени адекватности реальной радиоэлектронной обстановки, возможности проводить тренировки без привлечения большого количества радиотехнических средств. Необходимо предусмотреть следующие варианты использования модели:
— автономно, для имитационного моделирования воздушной обстановки и имитации сигналов в приёмных трактах радиотехнических средств;
-в качестве структурного компонента программной модели радиотехнических комплексов для имитации воздушной обстановки и расчёта параметров сигналов;
-в качестве структурного компонента системы полунатурного моделирования радиотехнических комплексов для имитации условий воздушной обстановки и выработки кодов управления аппаратными средствами имитации случайных и детерминированных физических сигналов.
Структура модели должна включать следующие основные компоненты (программные модули).
Модуль управления воздушной обстановкой, предназначенный для формирования в реальном масштабе времени координат и параметров движения летательных аппаратов (ЛА), параметров отражённых сигналов с учетом характеристик РЛС. Этот модуль должен отвечать следующим условиям моделирования:
— типы используемых РЛС и их расположение на местности;
-начальное расположение, типы ЛА, время начала движения каждого из них;
-траектории воздушных объектов, временные и пространственные характеристики;
-сценарий изменения воздушной обстановки.
Модуль управления воздушной обстановкой позволяет осуществлять просмотр сценариев изменения воздушной обстановки как в реальном времени, так и в ускоренном (замедленном) режиме.
Модуль редактирования классов ЛА предназначен для создания и пополнения баз данных, типов воздушных объектов и их характеристик, существенных для формирования траекторной и сигнальной обстановки.
Модуль редактирования РЛС предназначен для создания и пополнения баз данных РЛС и их характеристик, определяющих вид имитируемого сигнала.
Модуль расчёта траекторий ЛА предназначен для создания библиотек маршрутов движения ЛА. Расчёт траекторий производится по поворотным точкам маршрута с учётом типа ЛА и ограничений, накладываемых техническими и аэродинамическими характеристиками ЛА данного типа. В модуле должна быть предусмотрена возможность задания на отдельных участках траектории различных видов манёвров уклонения: «горка», «змейка», «ножницы» и т. п.
Необходимы программные модули, позволяющие учесть вид подстилающей поверхности и дополнительные факторы, определяющие вид и характеристики имитируемых процессов, в частности, целесообразно использование электронной карты местности, учёта рельефа места и имитации активных помех.
Характеристики движения летательных аппаратов должны соответствовать следующим требованиям.
Виды траекторий: ломаные линии, с огибанием поворотных точек маршрута; участки окружности; манёвры уклонения.
Типы воздушных объектов: самолёты гражданской авиации; самолёты бомбардировочной, тактической и истребительной авиации; авиационные ракеты; тактические и стратегические крылатые ракеты; вертолеты; аэростаты и т. п.
Учитываемые характеристики ЛА: скорость в горизонтальной плоскости в зависимости от высоты; допустимые высоты (минимальная и максимальная); допустимые величины перегрузок; допустимая скорость набора высоты; величина эффективной поверхности рассеивания (ЭПР) в зависимости от ракурса ЛА.
Типы РЛС обзора: двухкоординатные, трёхкоординатные; радиовысотомеры.
Характеристики модели РЛС: величины сектора обзора, радиуса действия и максимальной высоты для каждого режима обзора по углу места; число режимов обзора и скорости вращения; ширина диаграммы направленности; коэффициент использования радиогоризонта; длительность импульса; частота повторения импульса и т. д.
Математическое обеспечение модели должно соответствовать точным и приближенным методам расчётов, а также данным физического моделирования и натурных экспериментов. В частности, в основу математической модели отражённых от целей сигналов положена методика расчёта характеристик вторичного излучения воздушных объектов.
Пользовательский интерфейс модели должен быть удобным. Обязательно наличие в модели баз данных и библиотек маршрутов, которые бы обеспечили возможность моделирования различных условий воздушной обстановки и автоматизацию ввода данных, определяющих имитируемый сценарий (типы ЛА, их траектории, типы и расположение радиотехнических средств и т.п.).
В настоящее время разрабатывается концепция автоматизации управления Вооружёнными Силами Республики Беларусь, концепция процесса внедрения автоматизированной системы управления Вооружёнными Силами. Одной из главных задач автоматизации является обеспечение интеграции автоматизируемых процессов управления войсками (силами) и боевыми системами (оружием) в интересах своевременного, комплексного и сбалансированного применения группировок войск (сил) и оружия в единой системе огневого поражения. Разработка тренажной системы для вида войск и Вооружённых Сил в целом станет неотъемлемой частью процесса внедрения автоматизированной системы управления Вооружёнными Силами Республики Беларусь.
На этапе её разработки и внедрения возникает задача испытаний автоматизированных систем управления различного уровня. Имитаторы воздушной и наземной обстановки, входящие в состав тренажных средств, смогут качественно решить задачу полунатурного моделирования реальных условий работы.
В лаборатории автоматизации испытаний и моделирования случайных процессов БГУИР накоплен большой опыт в разработке аппаратнопрограммных комплексов полунатурного моделирования сложных радиотехнических систем. В таких комплексах программными средствами обеспечивается имитация условий, определяющих характеристики воздействующих на исследуемый объект процессов. Комплекс полу натурного моделирования имеет в своем составе специализированные устройства, предназначенные для формирования физических сигналов, имеющих структуру и характеристики, обеспечивающие адекватность с реальными сигналами. На реальной аппаратуре проверяются характеристики исследуемых средств при воздействии физических сигналов, формируемых специализированными вычислительными устройствами.
В настоящее время разработана линейка специализированных программно-управляемых вычислительных устройств, позволяющих генерировать физические сигналы в широком частотном диапазоне, предназначенных для имитации импульсных и непрерывных случайных процессов со случайными и детерминированными управляемыми параметрами. Такие устройства позволяют генерировать сигналы, адекватные по своим характеристикам процессам, протекающим в реальных радиотехнических системах.
Программное обеспечение комплекса полунатурного моделирования предназначено для организации взаимодействия всех компонентов системы при имитации физических сигналов в масштабе реального времени и содержит ряд программных модулей.
1. Программные модули, предназначенные для описания факторов, которые должны быть учитываемы при решении общей задачи. Такими факторами являются характеристики среды функционирования РЛС, погодные условия, характеристики исследуемых объектов, свойства объектов, участвующих в эксперименте (пассивные и активные) и т.д.
2.Программные модули для моделирования среды функционирования исследуемых средств с учётом всех известных факторов, позволяющие выбрать условия проведения тренировки, используемые технические средства, указать наличие динамически изменяемых объектов, задать траектории их движения и т.д. Программы этого модуля реализуют алгоритмы моделирования климатических и погодных условий, маршрутов движения динамических объектов, свойств рельефа и т.д.
3. Программные модули расчёта характеристик воспроизводимых процессов с учетом всех известных факторов, реализующие математические модели, позволяющие определить вид и характеристики имитируемых процессов.
4.Программный модуль управления аппаратной частью комплекса полунатурного моделирования при формировании физических сигналов. Алгоритмы программ этого уровня определяются методами, используемыми при создании устройств имитации физических сигналов и принципами функционирования этих устройств.
Разработанные аппаратные и программные средства позволяют создать тренажёрные средства в соответствии с современными требованиями, которые могут быть легко адаптированы к различным задачам.
1.Тренажёрные системы. Шукшунов В.Е., Бакулов Ю.А., Григоренко В.Н. и др. М.: Машиностроение, 1981 г.
2.Комплексная имитационно-моделирующая установка. БГУИР, Научно-исследовательская лаборатория систем автоматизации испытаний и моделирования случайных процессов.
Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте
Источник