Планирование числа летательных аппаратов в групповом полете с учетом их живучести и требуемой длительности наблюдения наземных объектов

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. 

1. Ким Н. В., Крылов И. Г. Групповое применение беспилотного летательного аппарата в задачах наблюдения // Труды МАИ. 2012. № 62.

2. 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.

3. Мелехин В. Б., Хачумов М. В. Планирование автономным беспилотным летательным аппаратом эффективных маршрутов облета целей // Авиакосмическое приборостроение. 2020. № 4. С. 3—14.

4. Ozlem Sahin Meric. Optimum Arrival Routes for Flight Efficiency // Journal of Power and Energy Engineering. 2015. N. 3. P. 449—452.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Лебедев Г. Н., Мирзоян Л. А. Нейросетевое планирование действий по облету наземных объектов группой летательных аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2005. № 12. С. 34—40.

11. 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.

12. 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.

13. Zadeh L. A. Fuzzy sets // Information and Control. 1965. Vol. 8, N. 3. P. 338—353.

14. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. 166 с.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Мефедов А. В. Алгоритм оптимального целераспределения автономной группы ударных беспилотных летательных аппаратов // Информация и космос. 2018. № 3. С. 167—171.

22. Broeder G. G., Ellison G. G., Emerling R. E. On Optimum Target Assignments // Operations Research. 1959. Vol. 7. P. 322—326.

23. 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.

24. 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.

25. Моисеев В. С. Групповое применение беспилотных летательных аппаратов: монография. Казань: РИЦ "Школа", 2017. 572 с.

26. Айзекс Р. Дифференциальные игры / Пер. с англ. В. И. Аркина и Э. Н. Симаковой. М.: Мир, 1967. —480 с.

27. Корепанов В. О., Новиков Д. А. Модели стратегического поведения в задаче о диффузной бомбе // Проблемы управления. 2015. № 2. С. 38—44.

28. 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.

29. 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.

30. Person J. D. Approximation methods in optimal control // J. of Electronics and Control. 1962. Vol. 12. P. 453469.

31. 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.

32. 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.