Проблематика и методология определения облика блока оптико-электронной аппаратуры беспилотного летательного аппарата

 

Седов Роман Геннадьевич,

аспирант Тульского государственного университета,

Кабаева Варавара Равильевна,

магистрант Московского физико-технического института, г. Долгопрудный.

 

В статье рассмотрена проблематика синтеза контура управления оптико-электронной аппаратуры в составе системы беспилотного летательного аппарата и основные методики определения облика многокритериальной системы.

Показано, что означенная проблема актуальна и имеет неявные внутренние связи, поэтому необходимо применять оптимальные методы ее решения. Полученные результаты свидетельствуют, с одной стороны, о широком спектре инструментов анализа подобных систем, с другой стороны, о возможности выбрать наиболее подходящую методику для определения облика ОАЭ.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, блок оптико-электронной аппаратуры, методы принятия решения.

 

Введение

 

В настоящее время летательные аппараты, наземный или водный транспорт с аппаратурой видеонаблюдения на борту, выполняют широкий спектр задач во многих областях деятельности человека: от осуществления подробной топографической съемки местности, до задач связанных с обеспечением разведывательной информацией войсковых подразделений. На сегодняшний день создано множество образцов гиростабилизированных блоков оптико-электронной аппаратуры (ОЭА), многие из них с успехом применяются для решения конкретных, узкоспециализированных задач.

 

Особенности задач, решаемых контуром управления системы наведения и стабилизации ОЭА

 

Аппаратный состав таких блоков определяется типом решаемых ими задач, но чаще всего в блоках ОЭА присутствуют телевизионный и тепловизионный оптические каналы, лазерный дальномер. Типичными задачами для блоков ОЭА, размещаемых на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) являются поиск и обнаружение различных наземных и надводных объектов, определение координат этих объектов и осуществление их автосопровождения. Последнее требует от блока ОЭА высокой точности стабилизации в условиях бортовой качки БЛА.

Необходимо отметить, что стабилизация ОЭА в процессе полета БЛА является наиболее сложной задачей с точки зрения предъявляемых требований, при этом на многие характеристики ОЭА неизбежно накладывается серьезные ограничения. К примеру: максимальная масса блока ОЭА строго ограничена массой полезной нагрузки, которую может нести БЛА; потребляемая мощность ограничивается источником питания на борту БЛА; если тип посадки БЛА отличен от самолетной, но предполагается многократное применение БЛА, многие составные части блока должны быть выбраны со значительным запасом прочности.

Система наведения и стабилизации (СНС) блока ОЭА включает в себя кинематическую схему, информационно-измерительную аппаратуру и силовую систему приводов. Учитывая приведенные выше ограничения, структура СНС зачастую определяется в первую очередь исходя из характеристик предполагаемого носителя. Такой подход может привести к невозможности выполнения всех требований к комплексу БЛА-ОЭА в целом.

Исходя из вышесказанного малогабаритный блок ОЭА, размещаемый на БЛА, обладает рядом критических особенностей затрудняющих решение задачи его проектирования в рамках современной теории и практики построения систем наведения и стабилизации для различных технических комплексов.

 

Методология формирования облика система БПЛА

 

Определение облика такой сложной технологической системы является по сути своей принятием оптимального многокритериального решения. Существует множество методик принятия решения [1, 2, 3], таких как метод главной компоненты, метод комплексного критерия, метод Гермейера и т.д. Ряд методов основан на принципе компромисса, в котором учитываются в определенной пропорции все действующие факторы задачи. Некоторые методы на выходе дают не одно решение, а определяется область разумных (рациональных) решений. Принятие однозначного решения остается за лицом, принимающего решение (ЛПР). Одним из таких методов является метод Парето. Основная идея метода заключается в сохранении множества возможных вариантов и выделении области, из которой необходимо выбирать наиболее целесообразные варианты. Рассмотрим некоторые из методов, использующие Парето-оптимальные области.

Представим как множество вариантов исполнения системы.

Метод линейной свертки

                                                                                             (1)

 

                                                                                                                     (2)

                                                                                                                (3)

 

Даная методика позволяет определить множество эффективных вариантов системы. Недостатком методики является не полное определение множества.

Метод Гермейера

                                                                                        (4)

 

Определяет полное множество эффективных вариантов. Недостатком метода является нечеткое определение главного критерия.

Метод анализа иерархии

Метод позволяет оценить полноту данных о задаче, противоречивость данных. Недостатком метода является необходимость принятия достаточного числа допущений (упрощений).

                                                                                              (5)

 

                                                                                                                     (6)

                                                                                                                (7)

 

                                                                                                                 (8)

 

Метод сценариев

Рассматривается иерархичная структура со всеми возможными вариантами исполнения системы, затем сравниваются варианты по выбранному (для всей иерархии) критерию.

Метод MAUT

                                                                                           (9)

 

Дополнительно для этой методики необходимо определять условия на независимость по полезности и на независимость по предпочтению

Метод ранжирования многокритериальных альтернатив

                                                                               (10)

 

                                                                             (11)

 

где  и  - нормированные вектора параметров системы.

 

Методика выделяет наиболее оптимальный вариант среди альтернатив, а так же определяет область рациональных решений. К недостаткам метода можно отнести субъективную составляющую критериев и большой объем вычисления.

 

Вывод

 

Все вышеописанные методики можно применять к многопараметрическим системам. Стоит отметить, что система БПЛА обычно имеет от 20 параметров различной значимости, поэтому ее оценка сама по себе является трудоемкой, даже учитывая возможные допущения. После рассмотрения преимуществ и недостатков методик, наиболее предпочтительным методом для нахождения оптимального решения задачи формирования ОЭА и соответствующего БПЛА будет метод ранжирования многокритериальных альтернатив.

 

Литература

 

1.                  Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач.- М.: Физматлит, 2007.- 256 с.

2.                  Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений: Учебник для ВУЗов.- М.: Университетская книга, Логос, 2006.- 392 с.

3.                  Эддоус М., Стэнсфилд Р. Методы принятия решений / Пер. с англ. под ред. член.-корр. РАН И.И.Елисеевой. - М.: Аудит, ЮНИТИ, 1997. - 590с.

4.                  Бурков В.Н., Коргин Н.А., Новиков Д.А. Введение в теорию управления организационными системами.

 

Поступила в редакцию 11.11.2014 г.