В настоящее время ведущие страны мира для отработки выучки летных экипажей ВВС в условиях, адекватных реальным боевым действиям, активно применяют виртуальные электронные полигоны (ВЭП) (1). Реализация подобных систем требует организации взаимодействия наземного моделирующего комплекса и реальных объектов. Моделирующий комплекс (МК) создает виртуальные объекты – математические модели самолетов, средства ПВО, РЛС противника помеховую обстановку. Специальный программный комплекс МК моделирует в реальном времени виртуальную тактическую воздушную обстановку аналогичную планируемым боевым сценариям (2). Реальными объектами являются самолеты, у которых в состав штатного бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) дополнительно встраиваются бортовые информационные комплексы, позволяющими переносить реальную воздушную обстановку в среду виртуального моделирования МК с отображением математических моделей на индикационном оборудовании приборов и систем БРЭО самолета (3).
В докладе представлены материалы, посвященные построению бортового информационного комплекса (БИК) для сопряжения БРЭО самолета (самолетов) с наземным моделирующим комплексом в составе виртуального тактического полигона. Бортовой информационный комплекс предназначается для обеспечения отображения имитируемой воздушной тактической обстановки, реализуемой моделирующим комплексом на индикационном оборудовании самолета. Математическое моделирование летательных аппаратов (ЛА), зенитно-ракетных комплексов (ЗРК), расчеты вероятностей попадания авиационных средств поражения (АСП) требует выполнения сложных вычислительных алгоритмов. Вычислительные возможности БИК не позволяют полностью проводить мощные математические расчеты по моделированию. Основная система моделирование реализуется в наземном МК, состоящим из ряда мощных высокопроизводительных компьютерных систем. БИК ВЭП является для моделирующего комплекса сопроцессором, в который МК передает обработанную информацию, и принимает новые данные для следующего шага моделирования (4). В рассматриваемой методике построения БИК ВЭП предлагается к реализации как система, состоящая из трех специальных цифровых вычислителей (СЦВ), адаптеров сопряжения с БРЭО самолета. Структурная схема БИК ВЭП представлена на рис.1.
 |
| Рисунок 1. Структура БИК виртуального электронного полигона. |
| Источник: http://технодоктрина.рф/ |
Взаимодействие моделирующего комплекса и ЛА осуществляется с помощью специализированной линии передачи данных (ЛПД), которая реализуется по методу множественного доступа с временным разделением каналов. Суть метода в разделении информационного канала во времени, между несколькими объектами. За каждым объектом жестко закрепляется свой интервал (временной слот), в котором, только он один может выходить в эфир и передавать данные. Метод сам по себе не реализует всех потенциальных возможностей по эффективности использования спектра; дополнительные резервы открываются при использовании иерархических структур и адаптивного распределения каналов. Для организации синхронизации системы используется секундный синхронизирующий сигнал, вырабатываемый спутниковыми навигационными приемниками, входящими в состав БИК всех объектов, участвующих в информационном обмене. Система информационного обмена работает в полудуплексном режиме, в течение своего слота объект не может принимать данные, только передает. При одновременном приеме информационных сообщений от нескольких объектов считается, что ни одно из этих сообщений не может быть восстановлено. Такая ситуация называется коллизией. Коллизии могут возникать по причине задержек распространения сигнала от удаленных объектов, а также погрешности синхросигналов навигационных приемников. Для предотвращения подобных коллизий в алгоритме установлены специальные временные участки, разделяющие слоты на безопасные интервалы. Особенностью работы ЛПД является широковещательность, заключающаяся в том, что при передаче информации одним объектом, все остальные могут ее принять и обработать, исходя из собственного алгоритма. При выполнении динамическими объектами некоторых маневров могут возникать потери информационных сообщений вследствие выхода из зоны видимости диаграммы направленности. С целью их устранения на ЛА устанавливается дублирующий комплект аппаратуры приемо-передающего тракта, с антеннами в верхней и нижней части фюзеляжа самолета, за счет чего образуется шаровая зона видимости. По линии передачи данных «земля-борт», на ЛА поступает информация об имитируемых целях, имитируемых ПВО предполагаемого противника, служебная информация установки режимов работы бортового комплекса, информация коррекции навигационных плат. По линии передачи данных «борт-земля» в моделирующий комплекс поступают данные о координатах и пространственном положении ЛА, показания приборов, параметры систем самолета. Взаимодействие с бортовыми системами самолета включает в себя:
- взаимодействие с бортовым радиолокационным комплексом (БРЛС). При этом БИК имитирует воздушные цели, которые отображаются на приборах индикатора лобового стекла (ИЛС) и индикаторе прямой видимости (ИПВ) (рис.1), расположенных в кабине самолета. БИК может обрабатывать и отображать до десяти целей в режиме сопровождения и одну цель в режиме захвата;
- для отработки летным экипажем противоракетных маневров, БИК взаимодействует с комплексом радиоэлектронных помех (РЭП) самолета. В состав комплекса РЭП входят станция предупреждения об облучении (СПО), станция активных помех (САП). Комплекс БИК может имитировать все варианты ПВО противника, заложенные в РЭП;
- полноценное участие летного экипажа в моделируемой тактической обстановке, достигается возможностью выполнения виртуальных атак. Комплекс БИК оборудован специальным адаптером, позволяющим взаимодействовать с системой управления оружием самолета (СУО). Результатом взаимодействия является виртуальная загрузка авиационных средств поражения (АСП), отображаемая на пульте СУО в кабине самолета. В соответствии с логикой выбора, подготовки и пуска АСП, БИК имитирует виртуальный сход АСП с точки подвески (ТП), фиксирует данные необходимые для моделирования полета АСП, оценки вероятности поражения виртуальной цели.
- БИК взаимодействует с пилотажно-навигационным комплексом (ПНК) и системой объективного контроля (СОК). Информационные потоки систем принимаются и обрабатываются, позволяя установить текущие показания приборов, режимы работы двигателей, предпринимаемые действия экипажа. В состав БИК входит спутниковая радионавигационная система (СРНС). Информация, получаемая со СРНС, позволяет с высокой точностью установить пространственное положение летательного аппарата (ЛА).
Вычислители СЦВ1-СЦВ3 распределяют между собой задачи бортового комплекса следующим образом (рис.1):
- СЦВ1 – совместно с аппаратурой передачи данных реализует функцию информационного радио канала земля-борт-земля. Передаваемая информация позволяет МК получать необходимые для проведения моделирования навигационные координаты самолета, параметры бортовых систем. Для улучшения надежности и достоверности информационного обмена при эволюциях ЛА в составе каждого комплекта бортовой аппаратуры передачи данных реализовано два блока приемопередающего тракта с антеннами в верхней и нижней части фюзеляжа самолета. Созданная таким образом система является для вычислителя двумя независимыми параллельно обрабатываемыми информационными каналами. СЦВ1 взаимодействует с системой бортовой радиолокационной станции БРЛС. Информация МК (моделируемые виртуальные цели) принимаемая по ЛПД, переформатируется в информационное сообщение, предназначаемое БРЛС. Шаг математического моделирования наземного комплекса составляет 1 Гц, для корректной обработки целей БРЛС и бортовым комплексом СН 11Г6, СЦВ1 выполняет интерполяцию на повышенной частоте и обеспечиваются реальном масштабе времени имитация и отображение на индикаторе лобового стекла (ИЛС) и индикаторе прямой видимости (ИПВ) как реальных, так и имитационных целей.
- СЦВ2 – осуществляет взаимодействие с бортовыми системами самолета, позволяет выводить информацию на определенные приборные панели, считывать показания тумблеров бортовых систем. СЦВ2 реализует сопряжение с комплексом радиоэлектронных помех. Взаимодействие с РЭП осуществляется посредством информационной линии стандарта РТМ1495-75 между СЦВ2 и специальным адаптером А01. СЦВ2 осуществляет взаимодействие с СУО, посредством информационной линии РТМ1495-75 между СЦВ2 и специальным адаптером А02. Для достижения необходимого уровня контроля действий экипажа ЛА производится сопряжение с системой контрольной записывающей аппаратуры (КЗА). Данные КЗА содержат необходимую информацию о текущем состоянии систем самолета. СЦВ2 осуществляет взаимодействие с системой КЗА посредством информационной линии РТМ1495-75 между СЦВ2 и специальным адаптером А03.
- СЦВ3 – решает задачи навигационного вычислительного комплекса. В состав вычислителя входит система спутниковой навигации «ГЛОНАС-GPS». С целью повышения достоверности вычисления координат, в условиях динамичного и манёвренного пилотирования, потеря спутникового сигнала вследствие затенения антенны корпусом самолета при выполнении маневра компенсируется применением двух спутниковых навигационных приемников с разнесенными антенно-фидерными блоками. СЦВ3 – осуществляет взаимодействие с системой пилотажно-навигационного комплекса (ПНК). СЦВ3 принимает и фильтрует информационные наборы линии ПНК, отбирая необходимые для моделирования параметры. Полученные данные передаются по линии АПД борт-земля в наземный центр управления и контроля (ЦУК), где проводится анализ безопасности пилотирования самолета.
Аппаратно все блоки СЦВ1-СЦВ3 унифицированы, за исключением СЦВ3, в состав которого входят два приемника СНС. Каждый СЦВ состоит из вычислительного ядра, реализованного на основе одноплатного промышленного компьютера, выполненного в конструктиве PC104. Основным вычислительным узлом является микропроцессор PENTIUM, с рабочей частотой 180 МГц. Микропроцессор взаимодействует со 128 мегабайтами оперативной памяти, 8 мегабайтами флешь памяти хранения программ и данных.
Вычислительное ядро работает под управлением операционной системы реального времени QNX 4.25. Основная задача операционной системы состоит в управлении ресурсами процессорного блока. Все действия в системе – диспетчеризация прикладных программ, запись файлов на диск, пересылка данных - выполняются совместно настолько слитно и прозрачно, насколько это возможно. Приложения реального времени полагаются на способность операционной системы обрабатывать многочисленные события в пределах ограниченного интервала времени. Чем быстрее реагирует операционная система, тем большее пространство для маневра имеет приложение реального времени в пределах жестких временных рамок. Применение системы QNX4.25 обеспечивает многозадачность, диспетчеризацию программ на основе приоритетов и быстрое переключение контекста.
Настройка и отладка системы реализуется в терминальном режиме с использованием двух имеющихся у процессорной платы последовательных интерфейсов стандарта RS232. Первый коммуникационный порт COM1 настроен в системе QNX как терминальный порт, что позволяет, подключив специальный отладочный ноутбук, полностью управлять системой, включая установку конфигурационных параметров, просмотр, удаление, перемещение файлов, запуск утилит. Второй порт COM2 совместно со специально разработанной утилитой используется для пересылки файлов между отладочным ноутбуком и вычислителем БИК. Среда разработки программ, компилятор, отладчик находятся на ноутбуке, позволяя интерактивно вести разработку и взаимодействовать с БИК. Каждое процессорное ядро принимает и передает обработанную информацию посредством специального встроенного интерфейсного контроллера. Интерфейсный контроллер, структура которого представлена на рис.2, располагает жесткой логикой схем физических интерфейсов стандарта РТМ1495-75 (ARIN429), RS232. В составе контроллера реализуются следующие информационные линии:
- блок входных/выходных разовых команд;
- блок входных/выходных каналов передачи данных стандарта РТМ1495-75;
- блок входных/выходных последовательных каналов канала передачи данных АПД;
- блок входных / выходных последовательных каналов передачи данных стандарта RS232.
В состав блока СЦВ входит программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), в которую загружается специально разработанная аппаратная логика интерфейсов: блока буферизации данных, блока синхронизации линии АПД, блока цифровой обработки приемника АПД, блока передаваемых АПД сообщений, блока входных и выходных разовых команд.
 |
| Рисунок 2. Структурная схема интерфейсов БИК ВЭП. |
| Источник: http://технодоктрина.рф/ |
Взаимодействие процессора и цифровой логики осуществляется посредством параллельной шестнадцатиразрядной ISA шины. Использование системной шины ISA объясняется тем, что этот стандарт зарекомендовал себя простотой использования и надежностью функционирования. Пропускной способности шины достаточно для организации всех интерфейсных коммуникаций СЦВ. Логикой ПЛИС реализован сопрягающийся c ISA шиной модуль чтения и записи, реагирующий на определенную группу адресов пространства ввода вывода. Для экономии вычислительных ресурсов, при необходимости вести обмен большим количеством данных, возможно использование механизма контроллера прямого доступа к памяти. Порты являются универсальными узлами информационного обмена между процессорным ядром и различными блоками жесткой логики ПЛИС. Тип текущей обработки определяется записью соответствующих бит в управляющем регистре. Управляющий порт определяет «44» типа операций, являющихся, по сути, методами информационной коммуникации данных между процессорной шиной и различной периферийной логикой ПЛИС.
Выводы
Организация бортового информационного комплекса при создании виртуальных электронных полигонов является сложной многокритериальной задачей, основным требованием при решении которой является исключение влияния, встраиваемого БИК ВЭП на функционирование БРЭО ЛА. Представленная методология показывает способы организации БИК, методы построения информационных каналов адаптированы к их практической реализации.
Авторы:
 |
| Филин А.Д. |
| Источник: http://технодоктрина.рф/ |
Филин А.Д. - д-р техн. наук, заместитель генерального конструктора ОАО «ВНИИРА»
 |
| Шатраков А.Ю. |
| Источник: http://технодоктрина.рф/ |
Шатраков А.Ю. - д-р экон. наук, канд. техн. наук, профессор, заместитель начальника управления ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей»
 |
| Цурков С.А. |
| Источник: http://технодоктрина.рф/ |
Цурков С.А. - начальник научно-исследовательского сектора ОАО «ВНИИРА»
Список литературы:
- Филин А.Д. Перспективные учебно-тренировочные комплексы для организации оперативно-тактической подготовки в военно-воздушных силах // Новые технологии. Сборник научных трудов. - М.: РАН, 2013. – С.177-183.
- Филин А.Д., Тренажерные комплексы радиолокационного контроля воздушного пространства / А.Д. Филин, А.Ю. Шатраков. - СПб.: ГУАП, 2013. – 222 с.
- Филин А.Д., Шатраков Ю,Г., Цурков С.А. и др. Тренажёрно-моделирующий комплекс летного состава и специалистов управления авиацией. – М.: Патент РФ № от 13.05.2014. – 10 с.
- Бестугин А.Р., Володягин А. В., Филин А.Д., Шатраков Ю.Г. Электронные полигоны для организации тактической подготовки летного и командного состава ВВС РФ // Научный вестник «Военно-космической обороны». – М.: ОАО «ГСКБ Концерн ПВО «Алмаз-Антей», 2014. – № 2. – С.16-23.