Проблемы выбора метода оптимизации перспективных авиационных систем радиоуправления
Ключевые слова:
системы радиоуправления, оптимизация, квадратично- биквадратные функционалы качества, методы наведенияАннотация
Анализ тенденции развития военно-технического противоборства в воздушно-космической сфере позволяет выделить ряд направлений, непосредственно влияющих на информационно-управляющую сторону функционирования авиационных систем радиоуправления, к которым, прежде всего, относятся: групповое применение как средств нападения, так и защиты; качественное усложнение законов взаимного пространственного перемещения летательных аппаратов; высокая динамичность, нестационарность обстановки; широкое использование режимов управления и информационного обеспечения на грани потери устойчивости, характерных для сверхманевренных летательных аппаратов и систем сопровождения интенсивно маневрирующих целей; несоответствие динамических свойств воздушно-космических целей и авиационных перехватчиков; растущее усложнение информационного обеспечения систем наведения.
Для эффективного функционирования в рамках этих направлений математический аппарат синтеза авиационных систем радиоуправления должен обеспечивать: эффективное наведение на цели, маневрирующие по сложным законам, в том числе и со сменой знаков производных; гарантированный увод от границ устойчивой (опасной) работы, в том числе для предотвращения столкновений при групповом применении; учет несоответствия динамических свойств цели и перехватчика; возможность перераспределения приоритетов управления в процессе наведения; универсальность формирования методов наведения; реализуемость алгоритмов информационного обеспечения.
Анализ возможностей классических способов оптимизации, основанных на минимизации квадратичных функционалов качества показал, что они не способны удовлетворить совокупности этих требований и необходимы новые подходы к решению задач оптимизации систем радиоуправления.
В качестве такого подхода предложено использовать синтез сигналов управления, оптимальных по минимуму квадратично-биквадратных функционалов качества.
Рассмотрена методика использования такого подхода в рамках экономичной в вычислительном отношении локальной оптимизации.
Приведен пример синтеза метода наведения, иллюстрирующий возможности формирования сигналов управления, обеспечивающих наведение инерционных летательных аппаратов на интенсивно маневрирующие цели на основе учета как линейных, так и нелинейных зависимостей от ошибок функционирования, и учета несоответствия динамических характеристик цели и перехватчика и проведен его анализ.
Литература
2. Ярлыков М.С. и др. Радиоэлектронные комплексы навигации, прицеливания и управления вооружением летательных аппаратов. Теоретические основы // М.: Радиотехника. 2012. Т. 1. 504 с.
3. Александров В.В.. и др. Оптимальное управление движением // М.: Физматлит. 2005. 376 с.
4. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление // М.: Наука. 1992. 576 с.
5. Черноусько Ф.А., Колмановский В.Б. Оптимальное управление при случайных возмущениях // М.: Наука. 1978. 351 с.
6. Rashaideh H. A novel optimization algorithm for solving two-point boundary value problems // 2016 International Conference on Engineering & MIS (ICEMIS). 2016. pp. 1–4.
7. Попов И.М., Хамзатов М.М. Война будущего. Концептуальные основы и практический выводы // М.: Кучково поле. 2017. 832 с.
8. Федосов Е.А. Реализация сетецентрической технологии ведения боевых действий потребует создания БРЛС нового поколения // Фазотрон. 2007. № 1, 2. С. 11–44.
9. Engstrom J. Systems Confrontation and System Destruction Warfare: How the Chinese People's Liberation Army Seeks to Wage Modern Warfare // RAND Corporation. 2018. 142 p.
10. Mazarr M.J. et al. Strategic Planning and the U.S. Air Force. Characteristics of Success // RAND Corporation. 2018. 134 p.
11. Верба В.С. Автоматическое сопровождение целей в РЛС интегрированных авиационных комплексов. Сопровождение одиночных целей // М.: Радиотехника. 2018. Т. 2. 486 с.
12. Yuan L. et al. Sine tracking model of hypersonic target in near space based on radar detecting // IET International Radar Conference 2015. 2015. pp. 1–4.
13. Wei-feng L., Cheng-lin W., Hai-long C. An asynchronous tracking systems modeling and its application in tracking performance analysis for hypersonic aircraft vehicle // 2015 34th Chinese Control Conference (CCC). 2015. pp. 2134–2139.
14. Верба В.С. Автоматическое сопровождение целей в РЛС интегрированных авиационых комплексов. Теоретические основы. РЛС в составе интегрированных авиационных комплексов // М.: Радиотехника. 2018. Т. 1. 360 с.
15. Heng Z.H., Zhou D. Differential game guidance law considering second-order dynamics with zeros of missile autopilots // 2017 36th Chinese Control Conference (CCC). 2017. pp. 5805–5810.
16. Xue G. et al. A novel adaptive filter for highly maneuvering target // CIE International Conference on Radar (RADAR). 2016. pp. 1–5.
17. Peinecke N., Limmer L., Volkert A. Application of "Well Clear" to Small Drones // 2018 IEEE/AIAA 37th Digital Avionics Systems Conference (DASC). 2018. pp. 1–9.
18. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов // М.: Физматлит. 2009. 280 с.
19. Верба В.С. Автоматическое сопровождение целей в РЛС интегрированных авиационных комплексов. Многоцелевое сопровождение // М.: Радиотехника. 2018. Т. 3. 392 с.
20. Abdulla F.A.A., Demirkol A. Multi-targets tracking using parallel Kalman filter // 2016 CIE International Conference on Radar (RADAR). 2016. pp. 1–4.
21. Zhang L. et al. Cooperative multi-target tracking with MIMO radar // 2017 16th International Conference on Optical Communications and Networks (ICOCN). 2017. pp. 1–3.
22. Raj K.D.S., Krishna I.M. Kalman filter based target tracking for track while scan data processing // 2015 2nd International Conference on Electronics and Communication Systems (ICECS). 2015. pp. 878–883.
23. Lu Q., Zhou J. LQR tracking guidance law for hypersonic vehicle // 2017 29th Chinese Control and Decision Conference (CCDC). 2017. pp. 7090–7094.
24. Li C. et al. A new tracking algorithm for hypersonic targets // 2014 2nd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI 2014). 2014. pp. 372–377.
25. Yuksek B., Ure N.K., Inalhan G. Cooperative interception of a highly maneuverable aerial target // 2018 AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. 2018. pp. 1581–1591.
26. Huang J., Zhang H., Tang G., Bao W. Radar tracking for hypersonic glide vehicle based on aerodynamic model // 2017 29th Chinese Control And Decision Conference (CCDC). 2017. pp. 1080–1084.
27. Wang J., Li Z. A novel tracking algorithm of hypersonic target // 2016 CIE International Conference on Radar (RADAR). 2016. pp. 1–5.
28. Крутько П.Д., Максимов А.И., Скворцов Л.М. Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем // М.: Радио и связь. 1988. 306 с.
Problems of Choosing Optimization Method for Next-Generation Aviation Radio Control Systems
Abstract
Analysis of the trends of military-technical confrontation in the aerospace sector allows us to identify a number of areas that directly affect the information and control side of the operation of aviation radio control systems, including: group use of means of attack and defence; the qualitative complexity of the laws of the mutual spatial placement of the aircraft; high dynamics, nonstationarity of environment; use of control modes and information support on the verge of buckling, which is characteristic of super-maneuverable aircraft and intensively maneuvering targets tracking systems; the discrepancy of the dynamic properties of airborne targets and interceptors; growing complexity of information support algorithms.
Mathematical apparatus used for synthesis of aircraft control systems must provide: effective guidance on targets maneuvering under complex laws, including the change of signs of derivatives; guaranteed withdrawal from the boundaries of stable (dangerous) work, including collision prevention in groups; accounting for the discrepancy between the dynamic properties; redistribution of control priorities in the guidance process; universality of the formation of guidance methods and feasibility of information support algorithms.
Analysis of the possibilities of classical optimization methods based on minimization of quadratic quality functionals showed that they are not able to meet the totality of these requirements and thus new approaches are required.
As such, it is proposed to use the synthesis of control signals that are optimal for a minimum of quadratic-biquadrate quality functional.
The application of this approach in the framework of computationally efficient local optimization is considered.
An example of the synthesis of a method of guidance, illustrating the possibility of the formation of control signals, providing guidance of inertial aircraft to intensively maneuvering targets accounting for both linear and nonlinear dependences on the operation errors and the mismatch of the dynamic characteristics of the target and interceptor.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) 2019 Владимир Степанович Верба, Владимир Иванович Меркулов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).