novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.23.430-439novtexmech-1233Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFTПланирование числа летательных аппаратов в групповом полете с учетом их живучести и требуемой длительности наблюдения наземных объектовPlanning the Number of Aircraft in a Group Flight with their Survivability and the Required Observation Duration of Ground ObjectsГончаренкоВ. И.GoncharenkoV. I.

д-р техн. наук, доц., 

Москва, 125993

Dr. of Eng. Sc., Associate Professor,

Moscow, 125993

goncharenkovi@mai.ruЛебедевГ. Н.LebedevG. N.

д-р техн. наук, проф., 

Москва, 125993

Moscow, 125993

kaf301@mai.ruМихайлинД. А.MikhaylinD. A.

канд. техн. наук, доц., 

Москва, 125993

Moscow, 125993

tau_301@mail.ruМалыгинВ. Б.MalyginV. B.

начальник тренажерного центра, 

Москва, 125993

Moscow

mbv898@ya.ruРумакинаА. В.RumakinaA. V.

старший преподаватель, 

 

Moscow, 125993

a_rumakina@mail.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian FederationМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian Federation202213082022238430439Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20222022Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1233

В интересах повышения качества планирования группового полета летательных аппаратов сформулирована постановка задачи разработки алгоритмов оперативного определения допустимой длительности наблюдения наземных объектов и требуемого числа летательных аппаратов при обслуживании потока заявок с учетом влияния их живучести. Предложен алгоритм определения длительности наблюдения при обслуживании очередной заявки, описанный в виде процедуры нечеткой логики. Для реализации алгоритма определения длительности наблюдения разработана специализированная экспертная система. На вход экспертной системы поступают величины, описывающие влияние учитываемых факторов в оценке приоритета обслуживания очередного объекта. На выходе экспертной системы формируется альтернатива — продолжить поиск объекта, либо прекратить. Предложен новый подход к решению задачи целераспределения объектов между летательными аппаратами при групповом полете на основе совместного использования двух динамических приоритетов для выбора объектов наблюдения и для назначения обслуживающих летательных аппаратов. Предложен оригинальный подход к решению задачи рационального назначения числа летательных аппаратов в одном вылете с помощью аппарата теории массового обслуживания с учетом случайного характера динамической обстановки. Для оценки требуемого числа летательных аппаратов при обслуживании потока заявок процесс противодействия описан с помощью двух нелинейных дифференциальных уравнений (типа Риккати). Получена общая формула определения числа летательных аппаратов в одном вылете, состоящая из трех слагаемых, — числа летательных аппаратов для выполнения предполетного задания, для обслуживания заявок, поступивших в полете, и для пополнения резерва с учетом потерь живучести летательных аппаратов, что в целом обеспечивает успешное обслуживание процесса наблюдений. Сформирована математическая модель потери живучести летательных аппаратов в виде уравнения Бернулли. Проведено компьютерное моделирование потерь живучести летательных аппаратов в одном вылете для трех случаев: при слабом действии помех, при равенстве противодействующих сил, при сильном противодействии. 

In the interests of improving the quality of a group aircraft flight planning, the developing algorithms problem formulation for the operational determination of the permissible observation duration for ground objects is formulated. An algorithm for determining the observation duration when servicing the next request to be described in the form of a fuzzy logic procedure is proposed. To implement the algorithm for determining the duration of observation, a specialized expert system has been developed. The input of the expert system receives values that describe the influence of the factors in assessing the priority of servicing the next object. At the output of the expert system, an alternative is formed to continue searching for an object or to stop. A new approach to solving the target distribution problem between aircraft in a group flight is proposed. It is based on the joint use of two dynamic priorities in the minimax algorithm for selecting observation objects and for assigning service aircraft. An original approach to determine the rational aircrafts composition in one flight is proposed. This is done with the help of the queuing theory apparatus, which takes into account the random nature of the dynamic situation. To estimate the required aircrafts composition when servicing the flow of requests, the countermeasures process is described using two nonlinear differential equations (of the Riccati type). A general formula for determining aircrafts composition in one flight has been obtained. Mathematical model of the aircraft survivability loss in the form of the Bernoulli equation is formed. Computer simulation of the aircraft survivability losses in one flight was carried out for three cases: with weak interference, with equal opposing forces, with strong counteraction. 

объекты наблюдениябеспилотный летательный аппаратпоток заявокживучестьobjects of observationunmanned aerial vehicleflow of applicationssurvivabilityСтатья подготовлена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 20-08-00652.The article was prepared with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research, projects No. 20-08-00652.ReferencesКим Н. В., Крылов И. Г. Групповое применение беспилотного летательного аппарата в задачах наблюдения // Труды МАИ. 2012. № 62.Kim N. V., Krylov I. G. Group use of an unmanned aerial vehicle in observation tasks, Proceedings of the MAI, 2012, no. 62, available at: http://mai.ru//upload/iblock/bbb/gruppovoe-primenenie-bespilotnogo-letatelnogo-apparata-v-zadachakh-nablyudeniya.pdf (date of access: 03.02.2021) (in Russian).Evdokimenkov V. N., Krasilshchikov M. N., Kozorez D. A. Development of pre-flight planning algorithms for the functionalprogram prototype of a distributed intellectual control system of unmanned flying vehicle groups // INCAS Bulletin. 2019. Vol. 11, N. 1. P. 75—88.Evdokimenkov V. N., Krasilshchikov M. N., Kozorez D. A. Development of pre-flight planning algorithms for the functionalprogram prototype of a distributed intellectual control system of unmanned flying vehicle groups, INCAS Bulletin, 2019, vol. 11, no. 1, рр. 75—88.Мелехин В. Б., Хачумов М. В. Планирование автономным беспилотным летательным аппаратом эффективных маршрутов облета целей // Авиакосмическое приборостроение. 2020. № 4. С. 3—14.Melekhin V. B., Khachumov M. V. Effective routes planning by an autonomous unmanned aerial vehicle of targets overflights, Aviakosmicheskoe priborostroenie, 2020, no. 4, рр. 3—14 (in Russian). 4. Ozlem Sahin Meric. Optimum Arrival Routes for Flight Efficiency, Journal of Power and Energy Engineering, 2015, no. 3, pp. 449—452.Ozlem Sahin Meric. Optimum Arrival Routes for Flight Efficiency // Journal of Power and Energy Engineering. 2015. N. 3. P. 449—452.Patent 02321954 USA MPK8 B 61 L 3/12 3/22, H 04 L1 / 00, H 04 Q 7/38 7/20. Intelligent communication, control, and monitoring system for land vehicles / Peltz D. M., Smith Yu.A., Kraeling M., Foy R. D., Peltonen G. P., Kellner S. E., Bryant R. F., Johnson DK, Delaruel DG; applicant and patentee General Electric Company. — no. 2004136603/09; declared from 01.04.2003; publ. 10.04.2008.Патент 02321954 США МПК8 B 61 L 3/12 3/22, H 04 L1/00, H 04 Q 7/38 7/20. Интеллектуальная система связи, управления, и контроля для наземных транспортных средств / Пелтц Д. М., Смит Ю. А., Краелинг М., Фой Р. Д., Пелтонен Г. П., Келлнер С. Э., Брайнт Р. Ф., Джонсон Д. К., Деларуэль Д. Г.; заявитель и патентообладатель Дженерал Электрик Компани. — № 2004136603/09; заявл. от 01.04.2003; опубл. 10.04.2008.Rebrov V. A., Rudelson L. E., Chernikova M. A. A model of flight request collection and processing in the flight scheduling problem, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2007, vol. 46, no. 3, pp. 429—443.Rebrov V. A., Rudel’son L. E., Chernikova M. A. A model of flight request collection and processing in the flight scheduling problem // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2007. Vol. 46, N. 3. P. 429—443.Sebryakov G. G., Krasilshchikov M. N., Evdokimenkov V. N. Algorithmic and software-mathematical support for pre-flight planning of unmanned aerial vehicles group actions, Fundamental problems of group interaction of robots: materials of the RFBR reporting event for the "ofi-m" competition (topic 604) within the framework of an international scientific and practical conference, Volgograd, 2018, pp. 30—32 (in Russian).Себряков Г. Г., Красильщиков М. Н., Евдокименков В. Н. Алгоритмическое и программно-математическое обеспечение предполетного планирования групповых действий беспилотных летательных аппаратов // Фундаментальные проблемы группового взаимодействия роботов: материалы отчетного мероприятия РФФИ по конкурсу "офи-м" (тема 604) в рамках международной научно-практической конференции. Волгоград. 2018. С. 30—32.Nikolaev S. V. Determination in tests of detecting ground objects probability from the aircraft board, Scientific Bulletin of MSTU GA, 2017, vol. 20, no. 5, pp. 131—144 (in Russian).Николаев С. В. Определение в испытаниях вероятности обнаружения наземных объектов с борта летательного аппарата // Научный вестник МГТУ ГА. 2017. Т. 20, № 5. С. 131—144.Fomin A. N., Tyapkin V. N., Dmitriev D. D. et al. Theoretical and physical foundations of radar and special monitoring, Krasnoyarsk, Sib. Fed. un-ty, 2016, 292 p. (in Russian).Фомин А. Н., Тяпкин В. Н., Дмитриев Д. Д. и др. Теоретические и физические основы радиолокации и специального мониторинга / Под общ. ред. И. Н. Ищука. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2016. 292 с.Lebedev G. N., Mirzoyan L. A. Neural network actions planning to fly over ground objects by a group of aircraft, Aviakosmicheskoe priborostroenie, 2005, no. 12, pp. 34—40 (in Russian).Лебедев Г. Н., Мирзоян Л. А. Нейросетевое планирование действий по облету наземных объектов группой летательных аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2005. № 12. С. 34—40.Ivashova N. D., Mikhaylin D. A., Chernyakova M. E., Shanygin S. V. A neural network solution to the problem of operational route flight planning of unmanned aerial vehicles and the observation time ground objects appointment using fuzzy logic when displaying these results on a computer screen before departure, Proceedings of the MAI, 2019, no. 104, рр. 17 (in Russian).Ивашова Н. Д., Михайлин Д. А., Чернякова М. Е., Шаныгин С. В. Нейросетевое решение задачи оперативного планирования маршрутного полета беспилотных летательных аппаратов и назначение времени наблюдения наземных объектов с помощью нечеткой логики при отображении этих результатов на экране компьютера до вылета // Труды МАИ. 2019. № 104. С. 17.Goncharenko V. I., Lebedev G. N., Martynkevich D. S., Rumakina A. V. Formulation of the problem of planning the routes of aircraft when servicing a random flow of incoming requests in flight, Bulletin of computer and information technologies, 2021, vol. 18, no. 1, pp. 17—27 (in Russian).Гончаренко В. И., Лебедев Г. Н., Мартынкевич Д. С., Румакина А. В. Постановка задачи планирования маршрутов летательных аппаратов при обслуживании случайного потока поступающих в полете заявок // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2021. Т. 18, № 1. С. 17—27.Zadeh L. A. Fuzzy sets, Information and Control, 1965, vol. 8, no. 3, рр. 338—353.Zadeh L. A. Fuzzy sets // Information and Control. 1965. Vol. 8, N. 3. P. 338—353.Zade L. The concept of a linguistic variable and its application to making approximate decisions, Moscow, Mir, 1976, 166 p. (in Russian).Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. 166 с.Beloglazov D. A., Gaiduk A. R., Kosenko E. Yu. et al. Group control of mobile objects in uncertain environments, Moscow, Publishing company "Physical and mathematical literature" LLC, 2015, 305 p. (in Russian).Белоглазов Д. А., Гайдук А. Р., Косенко Е. Ю. и др. Групповое управление подвижными объектами в неопределенных средах / Под ред. В. Х. Пшихопова. М: ООО Издательская фирма "Физико-математическая литература", 2015. 305 с.Eremin A. I., Kulchak A. M., Lebedev G. N., Selvesyuk N. I. Two-level intelligent system for preventing dangerous flight situations in difficult conditions, Informatics and Control Systems, 2020, no. 3 (65), pp. 87—101.Еремин А. И., Кульчак А. М., Лебедев Г. Н., Сельвесюк Н. И. Двухуровневая интеллектуальная система предотвращения опасных полетных ситуаций в сложных условиях // Информатика и системы управления. 2020. № 3(65). С. 87—101.Evdokimenkov V. N., Krasilshchikov M. N., Orkin S. D. Mixed groups of manned and unmanned aerial vehicles control in a single information and control field, Moscow, MAI, 2015, 272 p. (in Russian).Евдокименков В. Н., Красильщиков М. Н., Оркин С. Д. Управление смешанными группами пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов в условиях единого информационно-управляющего поля. М: МАИ, 2015. 272 с.Goncharenko V. I., Zheltov S. Yu., Knyaz V. A., Lebedev G. N., Mikhaylin D. A., Tsareva O. Yu. Intelligent System for Planning Group Actions of Unmanned Aircraft in Observing Mobile Objects on the Ground in the Specified Area, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2021, vol. 60, no. 3, pp. 379—395.Goncharenko V. I., Zheltov S. Yu., Knyaz V. A., Lebedev G. N., Mikhaylin D. A., Tsareva O. Yu. Intelligent System for Planning Group Actions of Unmanned Aircraft in Observing Mobile Objects on the Ground in the Specified Area // Journal of Computer and Systems Sciences Internationa. 2021. Vol. 60, N. 3. P. 379—395. DOI: 10.1134/S1064230721030047.Knyaz V., Zheltov S., Lebedev G., Mikhaylin D., Goncharenko V. Intelligent mobile object monitoring by unmanned aerial vehicles, Proceedings of the 18th IEEE International Conference on Smart Technologies, EUROCON 2019, 1—4 July, 2019 Novi Sad, Serbia, Publisher IEEE, New York, USA, 2019, pp. 1—6.Knyaz V., Zheltov S., Lebedev G., Mikhailin D., Goncharenko V. Intelligent mobile object monitoring by unmanned aerial vehicles // Proceedings of the 18th IEEE International Conference on Smart Technologies, EUROCON 2019. 1—4 July. 2019 Novi Sad, Serbia. Publisher: IEEE, New York, USA. 2019. P. 1—6.Goncharenko V. I., Lebedev G. N., Mikhaylin D. A., Nechaev V. V. The many sporting events shooting planning in a vast territory by a group of unmanned aerial vehicles, Modern information technologies and IT education, 2019, vol. 15, no. 3, рр. 651—660 (in Russian).Гончаренко В. И., Лебедев Г. Н., Михайлин Д. А., Нечаев В. В. Планирование съемки множества спортивных ме роприятий на обширной территории группой беспилотных летательных аппаратов // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2019. Т. 15, № 3. С. 651—660.Mefyodov A. V. Algorithm for optimal target allocation of an autonomous attack unmanned aerial vehicles group, Information and Space, 2018, no. 3, pp. 167—171 (in Russian).Мефедов А. В. Алгоритм оптимального целераспределения автономной группы ударных беспилотных летательных аппаратов // Информация и космос. 2018. № 3. С. 167—171.Broeder G. G., Ellison G. G., Emerling R. E. On Optimum Target Assignments, Operations Research, 1959, vol. 7, рр. 322—326.Broeder G. G., Ellison G. G., Emerling R. E. On Optimum Target Assignments // Operations Research. 1959. Vol. 7. P. 322—326.Saati T. L. Elements of queuing theory and its applications, Moscow, Sov. radio, 1965, 510 p. (in Russian).Саати Т. Л. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения / Под ред. И. Н. Коваленко и Р. Д. Когана. М.: Сов. радио, 1965. 510 с.Verba V. S., Gandurin V. A., Merkulov V. I. Survivability of aviation complexes of radar patrol and guidance, Efficiency of radio control systems 2014, Book 2, рр. 112—118 (in Russian).Верба В. С., Гандурин В. А., Меркулов В. И. Живучесть авиационных комплексов радиолокационного дозора и наведения // Эффективность систем радиоуправления. 2014. Кн. 2. С. 112—118.Moiseev V. S. Group application of unmanned aerial, Kazan, Shkola Editorial and Publishing Center, 2017, 572 p. (in Russian).Моисеев В. С. Групповое применение беспилотных летательных аппаратов: монография. Казань: РИЦ "Школа", 2017. 572 с.Isaacs R. Differential games, Moscow, Mir, 1967, 480 p. (in Russian). 27. Korepanov V. O., Novikov D. A. Strategic behavior models in the diffuse bomb problem, Control Problems, 2015, no. 2, pp. 38—44 (in Russian).Айзекс Р. Дифференциальные игры / Пер. с англ. В. И. Аркина и Э. Н. Симаковой. М.: Мир, 1967. —480 с.Kalyaev I. A., Gaiduk A. R., Kapustyan S. G. Collective control models and algorithms in groups of robot, Moscow, Publishing company "Physics and Mathematics Literature" LLC, 2009, 280 p. (in Russian).Корепанов В. О., Новиков Д. А. Модели стратегического поведения в задаче о диффузной бомбе // Проблемы управления. 2015. № 2. С. 38—44.Gaiduk A. R., Martjanov O. V., Medvedev M. Yu., Pshikhopov V. Kh., Hamdan N., Farhood A. Neural Network Based Control System for Robots Group Operating in 2-d Uncertain Environment, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2020, vol. 21, no. 8, pp. 470—479.Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. M.: ООО Издательская фирма "Физико-математическая литература", 2009. 280 с.Person J. D. Approximation methods in optimal control, J. of Electronics and Contro, 1962, vol. 12, pp. 453—469.Gaiduk A. R., Martjanov O. V., Medvedev M. Yu., Pshikhopov V. Kh., Hamdan N., Farhood A. Neural Network Based Control System for Robots Group Operating in 2-d Uncertain Environment // Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2020. Vol. 21, N. 8. P. 470—479.Mrasek C. P., Clouter J. R. Control design for the nonlinear benchmark problem via sdre method, Int. J. of Robust and Nonlinear Control, 1998, vol. 8, pp. 401—433.Person J. D. Approximation methods in optimal control // J. of Electronics and Control. 1962. Vol. 12. P. 453469.Menon P. K., Ohlmeyer E. J. Integrated Design of Angel Missile Guidance and Control Systems, Proc. 17th Mediterranean Conf. on Control and Automation (MED99). Haifa, Israel, June 28—30, 1999, pp. 1470—1494.Mrasek C. P., Clouter J. R. Control design for the nonlinear benchmark problem via sdre method // Int. J. of Robust and Nonlinear Control. 1998. Vol. 8. P. 401—433.Mrasek C. P., Clouter J. R. Control design for the nonlinear benchmark problem via sdre method // Int. J. of Robust and Nonlinear Control. 1998. Vol. 8. P. 401—433.Menon P. K., Ohlmeyer E. J. Integrated Design of Angel Missile Guidance and Control Systems // Proc. 17th Mediterranean Conf. on Control and Automation (MED99). Haifa, Israel, June 28—30. 1999. P. 1470—1494.Menon P. K., Ohlmeyer E. J. Integrated Design of Angel Missile Guidance and Control Systems // Proc. 17th Mediterranean Conf. on Control and Automation (MED99). Haifa, Israel, June 28—30. 1999. P. 1470—1494.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.