Система оценки адекватности математических моделей боевых действий
Полезная модель относится к классу моделирующих устройств, предназначенные для математической обработки существующих или ожидаемых условий или состояний в рабочих устройствах и системах, и направлена на повышение надежности оценки адекватности математических моделей боевых действий при низком уровне воспроизводимости условий проведения натурных экспериментов, данные о которых используются при тестировании математических моделей. Указанный результат достигается тем, что в систему включены база знаний, машина логического вывода, рабочая память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, блок приема информации о результатах испытаний, модель обнаружения цели, модель поражения цели, блок вычисления оценок инвариантов.
На основе сравнения результатов моделирования и реальных событий в системе тестирования вычисляет параметры, математические ожидания которых являются заранее известными константами (инвариантами), если воспроизведение процессов обнаружения и поражения при помощи тестируемых моделей проводится адекватно. Если воспроизведение процессов обнаружения и поражения при помощи тестируемых моделей проводится неадекватно, то значения оценок будут существенно отличаться от заранее известных значений констант (инвариантов). При выполнении критерия точности статистического оценивания инвариантов на выход системы выдается соответствующее сообщение.
Применение заявляемой системы позволяет повысить надежность оценки адекватности математических моделей боевых действий при низком уровне воспроизводимости условий проведения натурных экспериментов в 5-6 раз. 1 н.п.ф., 1 илл.
Система оценки адекватности математических моделей боевых действий относится к классу моделирующих устройств, предназначенных для математической обработки существующих или ожидаемых условий или состояний в рабочих устройствах и системах. Известна система /1/ /прототип/, в состав которой входит база знаний, машина логического вывода, рабочая память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, причем выходы базы знаний и рабочей памяти соединены с первым и вторым входами машины логического вывода, третий вход машины логического вывода соединен со вторым выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы машины логического вывода соединены с входами базы знаний и рабочей памяти, третий выход машины логического вывода соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока
объяснения и входом блока приобретения знаний, третий вход и третий выход пользовательского интерфейса соединены с внешним по отношению к системе пользователем (являются входом и выходом системы).
Система /1/ может быть использована для оценки адекватности математических моделей боевых действий. На предварительном этапе работы системы в рабочую память закладываются данные о результатах математического моделирования боевых действий частей ПВО, полученные на основе применения тестируемых математических моделей, а также данные о результатах тактических учений, в ходе которых воспроизводились условия ведения боевых действий, заложенные в качестве исходных данных в тестируемую модель. В базу знаний закладываются правила оценки адекватности математических моделей, базирующиеся на классических подходах /2/. На заключительном этапе работы, на выходе системы формируется оценки степени адекватности математических моделей боевых действий. Полученные результаты выдаются пользователю через выход пользовательского интерфейса.
Недостатком системы /1/ является то, что для решения задачи оценки степени адекватности математической модели требуется высокая степень воспроизводимости условий проведения экспериментов. Удовлетворить указанное требование при проведении тестирования математических модели боевых действий на адекватность, не всегда возможно. Поэтому использование системы /1/ при тестировании математических моделей боевых действий не всегда дает надежную оценку адекватности.
Заявляемая полезная модель направлена на повышение надежности оценки адекватности математических моделей боевых действий при низком уровне воспроизводимости условий проведения натурных экспериментов, данные о которых используются при тестировании математических моделей.
Заявляемая система оценки адекватности математических моделей боевых действий, как и прототип, содержит базу знаний, машину логического вывода, рабочую память, блок объяснения, пользовательский
интерфейс, блок приобретения знаний, причем выход базы знаний и первый выход рабочей памяти соединены с первым и вторым входами машины логического вывода, третий вход машины логического вывода соединен со вторым выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы машины логического вывода соединены с входом базы знаний и входом рабочей памяти, третий выход машины логического вывода соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, третий вход и третий выход пользовательского интерфейса являются первым входом и первым выходом системы оценки адекватности математических моделей боевых действий.
В отличие от прототипа система оценки адекватности математических моделей боевых действий содержит блок приема информации о результатах испытаний, модель обнаружения цели, модель поражения цели, блок вычисления оценок инвариантов, причем первый вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом модели обнаружения цели, второй вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом модели поражения цели, третий вход блока вычисления оценок инвариантов соединен со вторым выходом рабочей памяти, четвертый вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с четвертым выходом машины логического вывода, пятый вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом блока приема информации о результатах испытаний, первый выход блока вычисления оценок инвариантов соединен со вторым входом модели обнаружения цели, второй выход блока вычисления оценок инвариантов соединен со вторым входом модели поражения цели, третий выход блока вычисления оценок инвариантов соединен с четвертым входом машины логического вывода, вход блока приема информации о результатах испытаний является вторым входом системы оценки адекватности
математических моделей боевых действий, первые входы модели обнаружения цели и модели поражения цели являются третьим и четвертым входами системы оценки адекватности математических моделей боевых действий.
Ниже приводится пример заявляемой полезной модели. На фиг.1 приведена структурная схема системы оценки адекватности математических моделей боевых действий. На фиг.1 используются следующие обозначения:
1 - база знаний;
2 - машина логического вывода;
3 - рабочая память;
4 - блок объяснения;
5 - пользовательский интерфейс;
6 - блок приобретения знаний;
7 - блок приема информации о результатах испытаний;
8 - модель обнаружения цели;
9 - модель поражения цели;
10 - блок вычисления оценок инвариантов.
База знаний 1 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, позволяющую хранить в оперативной памяти правила расчета оценок инвариантов с учетом характера данных о натурных экспериментах, поступающих на вход блока приема информации о результатах испытаний. Вход базы знаний соединен с выходом 2.5 машины логического вывода. Выход базы знаний соединен с входами 2.1 машины логического вывода.
Машина логического вывода 2 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, способную выполнять логические и арифметические действия с данными, хранящимися в рабочей памяти, в соответствии с правилами, хранящимися в базе знаний. Входы 2.1 и 2.2 машины логического вывода соединены с выходом базы знаний и выходом 3.1 рабочей памяти. Вход 2.3 соединен с выходом 6.2 блока приобретения
знаний. Вход 2.4 машины логического вывода соединен с выходом 10.8 блока вычисления оценок инвариантов. Выход 2.5 машины логического вывода соединен с входом базы знаний, выход 2.6 соединен с входом рабочей памяти, выход 2.7 соединен с входом 4.1 блока объяснения, выход 2.8 соединен с входом 10.4 блока вычисления оценок инвариантов.
Рабочая память 3 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, позволяющую хранить данные об эффективных отражающих поверхностях средств воздушно-космического нападения (СВКН) и массивы данных, характеризующих границы зоны поражения зенитных ракетных комплексов. Вход рабочей памяти соединен с выходом 2.6 машины логического вывода. Выход 3.1 рабочей памяти соединен с входом 2.2 машины логического вывода. Выход 3.2 рабочей памяти соединен с входом 10.3 блока вычисления оценок инвариантов.
Блок объяснения 4 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, способную запоминать цепочку правил, в соответствие с которыми были сформированы правила для вычисления инвариантов, характеризующих степень адекватности математической модели боевых действий. Вход 4.1 блока объяснения соединен с выходом 2.7 машины логического вывода. Вход 4.2 блока объяснения соединен с выходом 5.4 пользовательского интерфейса. Выход блока объяснения соединен с входом 5.1 пользовательского интерфейса.
Пользовательский интерфейс 5 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, оснащенную стандартным набором технических и программных средств для общения с пользователем (дисплеем, клавиатурой и т.п.). Вход 5.1 пользовательского интерфейса соединен с выходом блока объяснения. Вход 5.2 пользовательского интерфейса соединен с выходом 6.1 блока приобретения знаний. Вход 5.3 пользовательского интерфейса является первым входом системы оценки адекватности математической модели боевых действий и соединен с пользователем системы. Выход 5.4 пользовательского интерфейса соединен с
входом 4.2 блока объяснения. Выход 5.5 пользовательского интерфейса соединен с входом блока приобретения знаний. Выход 5.6 пользовательского интерфейса является первым выходом системы оценки адекватности математической модели боевых действий.
Блок приобретения знаний 6 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, обеспечивающую организацию диалоговой процедуры, целью которой является ввод (корректировка) правил, в соответствие с которыми вычисляются инварианты, характеризующие степень адекватности математической модели боевых действий. Вход блока приобретения знаний соединен с выходом 5.5 пользовательского интерфейса. Выход 6.1 блока приобретения знаний соединен с входом 5.2 пользовательского интерфейса. Выход 6.2 блока приобретения знаний соединен с входом 2.3 машины логического вывода.
Блок приема информации о результатах испытаний 7 представляет собой приемный ствол одноканальной цифровой системы приема и передачи информации /3/, обеспечивающий прием цифровой информации о воздушной обстановке с командного пункта соединения ПВО в ходе проведения тактических учений с боевой стрельбой или в ходе испытаний образцов вооружения. Вход блока приема информации является вторым входом системы оценки адекватности математической модели боевых действий и соединяется линией связи с аппаратурой передачи цифровой информации командного пункта соединения ПВО. Выход блока приема информации о результатах испытаний и соединен с входом 10.5 блока вычисления оценок инвариантов.
Модель обнаружения цели 8 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, обеспечивающую моделирование процесса обнаружения воздушной цели по данным, поступающим с выхода 10.6 блока вычисления оценок инвариантов. Вход 8.1 модели обнаружения цели является третьим входом системы оценки адекватности математической модели боевых действий и представляет собой стандартный вход рабочей
станции, например USB порт, через который можно загрузить модель обнаружения воздушной цели. Вход 8.2 модели обнаружения цели соединен с выходом 10.6 блока вычисления оценок инвариантов. Выход модели обнаружения цели соединен с входом 10.1 блока вычисления оценок инвариантов.
Модель поражения цели 9 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, обеспечивающую моделирование процесса поражения воздушной цели по данным, поступающим с выхода 10.7 блока вычисления оценок инвариантов. Вход 9.1 модели поражения цели является четвертым входом системы оценки адекватности математической модели боевых действий и представляет собой стандартный вход рабочей станции, например USB порт, через который можно загрузить модель поражения воздушной цели. Вход 9.2 модели поражения цели соединен с выходом 10.7 блока вычисления оценок инвариантов. Выход модели поражения цели соединен с входом 10.2 блока вычисления оценок инвариантов.
Блок вычисления оценок инвариантов 10 представляет собой рабочую станцию, например типа Р5-100 Best Buy, обеспечивающую организацию вычислений в реальном масштабе времени инвариантов, характеризующих степень адекватности математической модели боевых действий. Вход 10.1 блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом модели обнаружения цели. Вход 10.2 блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом модели поражения цели. Вход 10.3 блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом 3.2 рабочей памяти. Вход 10.4 блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом 2.8 машины логического вывода. Вход 10.5 блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом блока приема информации о результатах испытаний. Выход 10.6 блока вычисления оценок инвариантов соединен с входом 8.2 модели обнаружения цели. Выход 10.7 блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом 9.2 модели поражения цели. Выход 10.8
блока вычисления оценок инвариантов соединен с входом 2.4 машины логического вывода.
Конструктивно система оценки адекватности математических моделей боевых действий представляет собой комплект аппаратуры, размещенной в стационарном помещении. Диапазон изменения внешних факторов при эксплуатации системы оценки адекватности математических моделей боевых действий соответствует группе 1.3 УХЛ ГОСТ В20.39.304-76.
Работает система оценки адекватности математических моделей боевых действий следующим образом.
На предварительном этапе работы системы в рабочую память загружаются данные об эффективных отражающих поверхностях средств воздушно-космического нападения (СВКН) и массивы данных, характеризующих границы зоны поражения зенитных ракетных комплексов. В базу знаний закладываются правила расчета оценок инвариантов с учетом характера данных о натурных экспериментах, поступающих на вход блока приема информации о результатах испытаний. Через входы модели обнаружения цели 8 и модели поражения цели 9 загружаются тестируемые модели.
После завершения предварительного этапа работы системы пользователь вводит через пользовательский интерфейс признак готовности системы оценки адекватности математической модели боевых действий к функционированию в реальном масштабе времени. Через блок блока приема информации о результатах испытаний 7 в систему поступают данные о событиях, происходящих в процессе тактических учений (испытаний) систем вооружения. К этим данным относятся сведения о координатах обнаружения воздушных целей и точек встречи зенитных ракет с целью, результаты стрельбы (цель поражена или цель не поражена), сведения о эффективной отражающей поверхности цели в точке обнаружения и скорости цели в точке встречи с зенитной ракетой.
На основе полученной информации в блоке вычисления оценок инвариантов определяются исходные данные для модели обнаружения цели и модели поражения цели. Эти данные поступают в указанные модели, в которых воспроизводятся условия обнаружения и поражения целей в максимальной степени сходные с теми, которые характеризовали реальные процессы. Результаты моделирования, характеризующие процессы обнаружения и поражения возвращаются в блок вычисления оценок инвариантов. На основе сравнения результатов моделирования и реальных событий в этом блоке вычисляются параметры, математические ожидания которых являются заранее известными константами, если воспроизведение процессов обнаружения и поражения при помощи тестируемых моделей проводится адекватно. Если воспроизведение процессов обнаружения и поражения при помощи тестируемых моделей проводится неадекватно, то значения оценок будут существенно отличаться от заданных констант. При выполнении критерия точности статистического оценивания инварианта в блоке вычисления оценок инвариантов формируется признак адекватности, характеризующий тестируемую модель, как адекватную. Этот признак через выход 10.8 поступает на вход 2.4 машины логического вывода. Далее признак адекватности передается на вход 4.1 блока объяснения вместе с перечнем правил, на основе которых он был сформирован. Затем признак адекватности и соответствующая цепочка правил поступают на вход 5.1 пользовательского интерфейса и через его выход 5.6 доводятся до пользователя.
Проверка эффективности системы оценки адекватности математической модели боевых действий проведена в ходе учений, которые показали, что применение заявляемой системы позволяет повысить надежность оценки адекватности математических моделей боевых действий при низком уровне воспроизводимости условий проведения натурных экспериментов в 5-6 раз. В частности, вероятность ошибки второго рода при использовании предлагаемой системы не превышает 0,05. Использование
традиционных подходов тестирования математических моделей боевых действий в ходе тактических учений позитивных результатов не дает.
Представленный вариант построения системы оценки адекватности математической модели боевых действий не исчерпывает возможные способы ее практического исполнения.
Источники, принятые во внимание:
1. Джаратано Д., Райли Г. Экспертные системы. Принципы разработки и программирования. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2007, рис.1.6., с.70 (прототип).
2. Шаракшане А.С., Железнов И.Г. Испытания сложных систем. - М.: Высшая школа, 1974, с.87 - 92.
3. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б. Федорова. - М.: МВТУ им. Баумана, 2004, рис.9.1, с.535.
Система оценки адекватности математических моделей боевых действий содержит базу знаний, машину логического вывода, рабочую память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, причем выход базы знаний и первый выход рабочей памяти соединены с первым и вторым входами машины логического вывода, третий вход машины логического вывода соединен со вторым выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы машины логического вывода соединены с входом базы знаний и входом рабочей памяти, третий выход машины логического вывода соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, третий вход и третий выход пользовательского интерфейса являются первым входом и первым выходом системы оценки адекватности математических моделей боевых действий, отличающаяся тем, что в нее с целью повышения надежности оценки адекватности математических моделей боевых действий при низком уровне воспроизводимости условий проведения натурных экспериментов включены блок приема информации о результатах испытаний, модель обнаружения цели, модель поражения цели, блок вычисления оценок инвариантов, причем первый вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом модели обнаружения цели, второй вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом модели поражения цели, третий вход блока вычисления оценок инвариантов соединен со вторым выходом рабочей памяти, четвертый вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с четвертым выходом машины логического вывода, пятый вход блока вычисления оценок инвариантов соединен с выходом блока приема информации о результатах испытаний, первый выход блока вычисления оценок инвариантов соединен со вторым входом модели обнаружения цели, второй выход блока вычисления оценок инвариантов соединен со вторым входом модели поражения цели, третий выход блока вычисления оценок инвариантов соединен с четвертым входом машины логического вывода, вход блока приема информации о результатах испытаний является вторым входом системы оценки адекватности математических моделей боевых действий, первые входы модели обнаружения цели и модели поражения цели являются третьим и четвертым входами системы оценки адекватности математических моделей боевых действий.
