Вячеслав Абросимов - Групповое движение интеллектуальных летательных аппаратов в антaгонистической среде

• Название: Групповое движение интеллектуальных летательных аппаратов в антaгонистической среде
• Автор: Вячеслав Абросимов
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-9902335-8-4

В монографии рассмотрен новый класс задач динамики управляемого движения динамических систем – групповое движение летательных аппаратов в составе группы и с точки зрения интересов группы. Описаны принципиально новые взгляды на движение в недружественной управления среде: нечеткие траектории полета и маневрирования, модель движения на основе нейтронных сетей, многоагентный подход к описанию летательного аппарата как объекта управления. Рассмотрены общие вопросы построения имитационных моделей, реализующих предложенные подходы к обнаружению, сопровождению и определению характеристик группового движения летательных аппаратов.

Для научных работников, преподавателей, аспирантов, специалистов в области ракетно-космической техники, студентов вузов указанного профиля.

---

Очевидная положительная обратная связь быстро приведет к тому, что кратчайший путь станет единственным маршрутом движения большинства муравьев. Моделирование испарения феромона – отрицательной обратной связи – гарантирует, что найденное локально оптимальное решение не будет единственным – муравьи будут искать и другие пути. Если мы моделируем процесс такого поведения на некотором графе, ребра которого представляют собой возможные пути перемещения муравьев, в течение определенного времени, то наиболее обогащенный феромоном путь по ребрам этого графа и будет являться решением задачи, полученным с помощью муравьиного алгоритма.

Рис. 5. Принятие решений группой муравьев (рисунок взят из работы [23])

Нетрудно сделать общий вывод о том, что непрямой обмен информацией, когда некто (нечто) изменяет некоторую область среды, а другие некто (нечто) используют эту информацию, является основой формирования правил принятия решений по формированию пути движения.

В целом для целей настоящей работы подчеркнем, что описанные выше элементы природных алгоритмов могут быть активно использованы и в задачах принятия решений по движению группировок объектов. Однако для этого требуется четкое понимание постановок задач.

Глава 2. Характеристики группового движения летательных аппаратов

Иду медленно, но зато я никогда не двигаюсь назад.

Авраам Линкольн,16-й президент США (1861–1865)

Совместное поведение различных объектов управления в процессе движения изучается в рамках многих научных дисциплин. Выделим наиболее известные.

Распределенный искусственный интеллект. Эта область искусственного интеллекта занимается самыми общими аспектами коллективного поведения объектов управления. Основу составляют результаты, полученные в теории распределенных систем и теории принятия решений.

Теория игр. Аппарат теории игр часто используется для исследования поведения нескольких объектов управления. Исследуются кооперативные игры, различные стратегии ведения переговоров и др., которые являются аналогами ряда моделей коллективного поведения.

Теория коллективного поведения автоматов. Она исследует поведение больших коллективов объектов управления (автоматов) с примитивными функциями. Поведение автомата может рассматриваться как недетерминированное, что позволяет строить различные вероятностные модели. Допускается обучение автомата при помощи штрафов и поощрений. Автомат может быть наделен памятью, в которой он в некоторой форме запоминает предыдущие штрафы и поощрения, и может использовать эту информацию для улучшения своего и коллективного поведения в соответствии с некоторой функцией, описывающей преимущества.

2.1. Классификация задач исследования движения группы летательных аппаратов

В авиации под групповым полетом подразумевается совместный полет двух или более самолетов в общем боевом порядке под управлением командира (ведущего). Однако групповое движение высокоскоростных средств, к которым относятся, например, боевые части стратегических ракет, крылатые ракеты большой дальности, гиперзвуковые ракеты, несколько отличается от указанного, прежде всего отсутствием ведущего и невозможностью в настоящее время оценки обстановки в режиме on-line.

Достаточно полная теоретическая классификация задач, связанных с организацией и исследованием группового движения, приведена в работе [6]. К наиболее важным следует отнести цели группы, количество так называемых сенсоров (элементов оборонительной системы), степень централизации планирования траекторий движения и др.

Кратко прокомментируем ряд положений такой классификации (рис. 6).

Рис. 6. Группировка летательных аппаратов и ее групповые свойства

Целевое назначение группы. Цели у группы могут быть заданы различным образом: одна/несколько, подвижные/неподвижные и др. Однако для рассматриваемых ниже задач эти понятия можно дополнить тем, какие цели ставятся перед конкретными объектами управления. В этом смысле могут задаваться цели прорыва ограничений, обхода ограничений, «жертвования» для выполнения боевой задачи, выполнения объектом управления функций информационного «разведчика», и ряд других.

Мы будем в дальнейшем также предполагать, что для всей группы задана единая цель движения – приход к объектам, расположенным в рамках некоторой области. При этом цель необязательно единственная; допускается задание не просто совокупности целей, а также порядка их достижения.

Информативность группы о пространстве движения и объекте обороны. Как правило, основную недоопределенность вносят не столько местоположение, сколько потенциальные характеристики возможностей средств обороны. При этом следует выделить две основные задачи – задачу обнаружения и задачу поражения.

Информативность при решении задачи обнаружения состоит в том, на каком расстоянии D объект обнаруживается и с какой степенью достоверности P это происходит. Задача обнаружения математически представляет собой задачу распознавания образов. Для успешного решения таких задач необходимо располагать как можно более полной информацией о функциях яркости объектов и фона, а также знать параметры распределения шумов. Качество решения задачи существенно зависит от выбранной системы признаков и соответствующей классификации.

Информативность при решении задачи поражения заключается в прогнозе области, в которой поражение ЛА возможно с определенной долей достоверности. Так как исходные данные о средствах обороны для нападающей стороны всегда известны лишь приближенно, то любое четкое представление о них ущербно для критики. Поэтому наиболее адекватно их описывать в виде нечетких параметров и переменных.

Степень взаимодействия элементов группы. Эта особенность неразрывно связана с информированностью ЛА и его задачами. В рамках группы могут быть выделены объекты управления различного назначения.

Взаимодействие элементов группы может быть совершенно неорганизованным, случайным, стихийно возникшим и кратковременно/долговременно существующим. Взаимодействие в неорганизованных группах и случайного типа скорее образуется для одушевленных объектов и предполагает исследование поведения толпы, групп людей при проведении массовых мероприятий и др. Для летательных аппаратов рассматриваемого типа оно не характерно.

Время обнаружения группы. Этот параметр имеет большое значение в задачах принятия решений, хотя чаще его заменяют вероятностью обнаружения в заданное время. И то, и другое верно.

Характеристика размера группы. Группа имеет некоторые общие размеры в пространстве при том, что каждый ЛА имеет собственные размеры и индивидуальные характеристики яркости.

Маневрирование. ЛА из состава группы могут двигаться по пассивным, заранее запланированным траекториям или маневрировать в процессе движения. В зависимости от параметров маневров при маневрировании размеры группы могут существенно изменяться.

Неоднородность группы. В составе группы могут находиться ЛА с существенно различными характеристиками.

Будем в дальнейшем различать массовую, групповую, сложную и интеллектуальную виды атаки на защищаемый объект.

Массовой атаке с точки зрения внешних средств наблюдения свойственны некоторый «аморфный» характер, неопределенность количественного и качественного состава атакующих средств, существенная размытость границ, неустойчивость в процессе движения, гетерогенность (неоднородность) состава, неспособность определения структуры. Массовой атаке отвечают принципы управления «стаей».

Групповой атаке с точки зрения внешних средств наблюдения свойственны наличие целостности и внутренней структуры, которые, однако, не совпадают с простой суммой свойств входящих в группу элементов. Ее характеризуют определенность и устойчивость границ (относительно высокая стабильность существования во времени и пространстве), самостоятельная значимость функциональных свойств, однородность состава.

Под сложной атакой будем понимать групповую атаку при условии, что количество элементов атаки ограничено (не более 10–15). Сложной атаке свойственны те же характеристики, что и групповой, но проявляющиеся в меньшей степени.

Интеллектуальная атака. Под таким термином будем понимать групповую атаку со следующими особенностями:

• все объекты управления, участвующие в атаке, целенаправленно взаимодействуют друг с другом;

• решение о назначении цели для летательного аппарата принимается в процессе движения в зависимости от обстановки;