Программные продукты и системы

В настоящее время даже самый мощный ап- парат современной математики позволяет анали- тически адекватно описывать поведение только относительно простых систем для ограниченного множества внешних условий. При исследовании сложных систем приходится идти на существенное и нередко неоправданное упрощение аналитических выражений, что не позволяет изучить все необходимые аспекты их поведения в конкретных условиях. Прямой натурный эксперимент над ними долог, дорог, часто опасен или попросту невозможен, так как многие из этих систем либо еще не существуют, либо единичны, а цена ошибок и просчетов в обращении с ними недопустимо высока.

Таким образом, для процессов и систем со сложным и многоаспектным характером поведения, каковыми являются и процессы вооруженной борьбы, при отсутствии возможности математической формализации, обеспечивающей аналитическое решение задачи, единственным подходом к исследованию является использование методов моделирования, в частности, методов имитационного моделирования [1–3].

Важнейшее место в системе моделирования занимают интерактивные имитационные комплексы моделирования, обеспечивающие возможность исследования сценариев форм крупномасштабного применения средств воздушно-космического нападения (СВКН) и группировок ВКО (ПВО) в виде игрового имитационного машинного эксперимента.

Сетецентрические войны третьего тысячелетия будут представлять собой вооруженную борьбу высокоточных систем вооружений в едином информационно-коммуникационном пространстве при доминирующей роли средств воздушно-космического нападения, что, в свою очередь, по- требует адекватного совершенствования средств и систем ВКО. В данных условиях обоснование решений по облику, составу и структуре ВКО РФ, формирование требований к перспективным средствам и системам ВКО немыслимы без исполь- зования передовых компьютерных технологий и проведения необходимых расчетов на основе математического моделирования, при котором исследуемый объект (боевые действия) представляется имитационной моделью и исследуется с использованием тех или иных математических методов [4].

Двойной термин «имитационное моделирование» означает, что имеют место такие модели, в рамках которых нельзя заранее вычислить и предсказать результат. Поэтому для изучения поведения реальных образцов вооружения и военной техники (ВВТ) необходим эксперимент или имитация их функционирования на модели при заданных исходных данных. Другими словами, в отличие от аналитических моделей в данном случае осуществляется прогон имитационных моделей, а не их решение. Это означает, что имитационная модель не способна формировать свое собственное решение в том виде, в каком это имеет место при использовании аналитических моделей, а служит в качестве средства и источника информации для анализа поведения образцов ВВТ и принятия решений относительно их эффективности в конкретных условиях боевой обстановки.

Таким образом, имитационная модель оценки эффективности ВКО является инструментом поддержки принятия решения в различных звеньях управления при планировании боевых действий в конкретном военном конфликте по дислокации и эшелонированию группировок сил и средств, организации взаимодействия между родами войск и видами ВС, порядку применения различных средств в различных тактических ситуациях и др.

Кроме того, имитационная модель может эффективно использоваться при обосновании программ развития вооружений с учетом прог- нозов развития военной техники иностранных государств, форм и способов ее боевого применения [5, 6].

Необходимость построения таких моделей требует разработки системы принципов и подходов, позволяющих получать в необходимом объеме достоверные результаты, уменьшить вероятность появления трудно устранимых впоследствии ошибок и снизить затраты на разработку модели.

Основные принципы построения имитационной модели применения СВКН и группировок ВКО (ПВО):

-      функциональное подобие;

-      предметность и комплексность;

-      целеполагание и интерактивность при определяющей роли человека в формировании сценариев конфликтов, планировании и реализации форм и способов боевых действий сторон;

-      учет иерархичности структуры управления силами и средствами вооруженной борьбы;

-      пространственно-временное построение боевых действий;

-      рациональная детализация и чувствительность к изменению характеристик основных процессов вооруженного противоборства сил и средств ВКО и воздушно-космического нападения;

-      симметричность;

-      учет возможного целенаправленного противодействия вскрытию замысла действий нападающей стороны (рефлексивного управления действиями противника);

-      удобство подготовки и ввода исходной информации и отображение хода и результатов моделирования боевых действий с использованием электронных карт местности.

Создание такого рода комплексов моделей осуществляется научными коллективами в течение длительного времени.

В конце 90-х годов в 2 ЦНИИ МО РФ началась разработка имитационного моделирующего комплекса (ИМК) «Селигер», который является дальнейшим развитием комплекса математического моделирования, на основе использования новых информационных технологий. В настоящее время разработана и проходит опытную эксплуатацию базовая версия этого комплекса (рис. 1). ПО ИМК разработано на языке C++ с использованием библиотеки QT, что делает его кроссплатформенным программным продуктом [7, 8].

Комплекс реализует имитацию двустороннего конфликта, в котором учитываются системы объектов сторон, их группировки ПВО и ударных средств [2].

Система ввода исходных данных комплекса обеспечивает задание в интерактивном режиме информации для моделирования. Информация, используемая в ИМК, по содержанию представляет собой совокупность количественных данных, характеризующих исходную обстановку во всех ее аспектах (оперативных, тактических, технических, временных и т.д.), которые учитываются при моделировании.

Вся входная информация, хранящаяся в БД комплекса [9], по способу использования условно делится на постоянную и переменную. Постоянная информация включает данные по тактико-техническим и летно-техническим характеристикам средств группировок противоборствующих сторон и готовится заблаговременно.

Переменная информация включает данные, характеризующие состав и построение удара средств воздушного нападения (СВН), применяемые ими меры по преодолению системы ПВО, а также состав и построение группировки ВКО, состояние ее боевой готовности и обеспеченности боеприпасами. Переменная информация задается оператором с использованием графических средств на фоне цифровой карты района боевых действий.

Для формирования БД геоинформационной системы (рис. 2) используют сертифицированные электронные карты местности и матрицы высот.

БД ИМК «Селигер» функционирует под управлением СУБД PostgreSQL [10, 11].

Модель формирования плана удара СВН позволяет в интерактивном режиме задавать план удара по обороняемым объектам с учетом противодействия группировки ВКО (рис. 3).

Ядром ИМК является модель боевых действий группировки ПВО по отражению удара СВН, в ко- торой воспроизводится динамика изменения пространственно-временной картины развития боевых действий. При этом в ходе боя учитываются динамика прямых и обратных связей огневых, информационных средств и объектов управления противоборствующих сторон, изменяемая помеховая обстановка с фиксацией событийной информации в процессе моделирования.

Модель боевых действий создана на принципах открытой архитектуры. Это обеспечивает возможность изменения типажа, состава средств и способов взаимодействия между ними, позволяет использовать частные модели и блоки моделей различной степени детализации, а также обеспечивает возможность ее наращивания и совершенствования.

В составе группировки ВКО имитируются подсистемы разведки и предупреждения о воздушно-космическом нападении, поражения и подавления сил и средств воздушно-космического нападения, управления. В составе удара СВН могут моделироваться аэродинамические летательные аппараты различных классов, а также баллистические нестратегические ракетные средства нападения [2].

Проблема адекватности модели решается на основе ее структурно-функционального подобия реальной системе и калибровки частных моделей ее элементов и подсистем на детальных моделях более низкого иерархического уровня.

В объектной структуре комплекса присутствуют типовые объекты, обеспечивающие имитацию множества реальных средств разных типов путем использования соответствующих исходных данных, а также объекты, воспроизводящие специфику работы специализированных средств ПВО.

Выбор целесообразной степени детализации в рассматриваемой модели имеет свою специфику. Прежде всего это касается перспективных, разрабатываемых или предлагаемых к разработке образцов ВВТ ВКО.

Пока окончательно не определены облик образца и его тактико-технические характеристики (ТТХ), алгоритмическое описание этого образца в модели выполняется на упрощенном логико-событийном уровне. В дальнейшем описание образца в модели детализируется и усложняется по мере продвижения его разработки и в соответствии с уточнением ТТХ.

Информация обо всех событиях, происходящих в системе, сохраняется в протоколе работы модели в процессе имитации. Данные протокола обеспечивают проведение ретроспективного анализа результатов моделирования с выявлением причинно-следственных связей и закономерностей динамики моделируемого процесса.

Комплекс обеспечивает возможность расчета системы показателей, характеризующих эффек- тивность группировки ВКО по отражению удара СВН. Основными из них являются математическое ожидание числа уничтоженных целей каждого типа из состава удара средствами ВКО различных типов и ожидаемые потери средств группировки ВКО и обороняемых объектов.

Комплекс позволяет также рассчитывать частные показатели, характеризующие качество работы подсистем группировки ВКО и отдельные наиболее существенные стороны моделируемых процессов. Система отображения комплекса обеспечивает воспроизведение на экране монитора с заданной скоростью пространственной картины развития боевых действий. Результаты моделирования представляются в табличной и графической формах (см. на сайте http://www.swsys.ru/uploaded/ image/2016-1/2016-1-dop/1.jpg).

ИМК «Селигер» используется для решения широкого круга задач при выполнении НИР, военно-научного сопровождения НИОКР, директивных заданий командования, при проведении командно-штабных и исследовательских учений. Наиболее полно возможности комплекса реализуются при решении следующих задач:

-      оценка результатов нанесения ударов противником по обороняемым объектам;

-      моделирование боевых действий противоборствующих сторон на различных стратегических направлениях в рамках подготовки к проведению командно-штабных учений;

-      исследования по разработке (уточнению) норм ожидаемых безвозвратных потерь ВВТ;

-      оценка эффективности боевых действий региональных группировок ПВО в Западном, Юго-Западном, Дальневосточном регионах РФ.

Следует отметить, что по мере того, как достигаются цели и решаются поставленные задачи, ставятся новые задачи либо возникает необходимость достижения большего соответствия между моделью и реальной системой, а это приводит к доработке модели.

В настоящее время продолжаются работы по совершенствованию ИМК «Селигер» [2] в части наращивания базовой версии ИМК блоками модулей имитации системы разведки и предупреждения о воздушном нападении (СРПВН) и командных пунктов высших звеньев управления, а также дальнейшего развития в составе ИМК компонентов ракетно-космической обороны и отладки ее взаимодействия с базовой версией ИМК (компонентой ПВО).

Блок моделей СРПВН включает следующие основные модели:

-      модель для определения соотношения сил; обеспечивает расчет степени превосходства одной из сторон над другой и потребности в средствах ПВО и (или) ударной авиации для реализации заданного ЛПР соотношения;

-      модель прогнозирования распределения СВН по воздушным направлениям и рубежам боевых действий;

-      модель ранжирования объектов; обеспечивает определение количественных значений вклада каждого объекта ВС, экономики и инфраструктуры в регионе конфликта в обеспечение обороноспособности страны;

-      модель развития обстановки; имитирует проведение мероприятий по подготовке к началу воздушного нападения;

-      модель функционирования радиоразведки; имитирует вскрытие мероприятий по подготовке к воздушному нападению и полетов СВН противника;

-      модель РЛС загоризонтного обнаружения (см. на сайте http://www.swsys.ru/uploaded/image/ 2016-1/2016-1-dop/2.jpg); функционирует как при проведении противником мероприятий по подготовке к воздушному нападению, так и во время боевых действий.

Вторым основным направлением развития ИМК «Селигер» является его наращивание компонентой РКО.

Базовая версия компоненты РКО включает следующие блоки моделей:

-      блок задания сценариев ударов СВКН;

-      блок моделей имитации целевой и помеховой обстановки;

-      блок моделей системы контроля космического пространства и противокосмической обороны;

-      блок моделей стратегической противоракетной обороны.

В заключение необходимо отметить следующее. В обосновании системы вооружения ВКО особую значимость имеют разработанные на лабораторно-экспериментальной базе НИЦ (г. Тверь) ЦНИИ Войск ВКО Минобороны России полунатурные модели прогнозирования уязвимости, эффективной площади рассеивания, оптической заметности существующих и перспективных летательных аппаратов.

При проведении исследований по проблемам ПВО (ВКО) в НИЦ активно используется уникальная экспериментально-лабораторная база в составе одиннадцати измерительно-испытательных комплексов и лабораторий.

Результаты, полученные на средствах лабораторно-экспериментальной базы, используются, в частности, в качестве исходных данных в ИМК «Селигер».

С использованием ИМК «Селигер» в 2012 году были успешно проведены эксперименты по оценке возможностей противовоздушного прикрытия олимпийских объектов в г. Сочи. В 2013 году применение ИМК «Селигер» в качестве основного инструмента для оценки эффективности боевых действий группировок ВКО в составе программно-алгоритмического комплекса создающегося Национального центра управления обороной Российской Федерации получило одобрение министра обороны РФ.

Литература

1.     Сирота А.А. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем. М.: Техносфера, 2006. 280 с.

2.     Ягольников С.В., Смирнов А.А. Имитационное моделирование ВКО. Искусство и наука // Воздушно-космическая оборона. 2013. № 4. С. 44–51.

3.     Шеннон Р. Имитационное моделирование систем – искусство и наука. М.: Мир, 1978. 424 с.

4.     Афонин А.М., Царегородцев Ю.Н., Петрова А.М., Ефремова Ю.Е. Теоретические основы разработки и моделиро- вания систем автоматизации: учеб. пособие. М.: Форум, 2011. 192 с.

5.     Диалектика технологий воздушно-космической обороны; [под ред. В.Н. Минаева]. М.: Столичная энциклопедия, 2011. 366 с.

6.     Сирота А.А. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем. М.: Техносфера, 2006. 280 с.

7.     Шлее М. QT 4.8. Профессиональное программирование на С++. СПб: БХВ-Петербург, 2012. 894 с.

8.     Хорев П.Б. Объектно-ориентированное программирование. М.: Академия, 2011. 448 с.

9.     Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. М.: Вильямс, 2003. 3-е изд. 1436 с.

10.  Карвин Б. Программирование баз данных SQL. Типичные ошибки и их устранение. М.: Рид Групп, 2011. 336 с.

11.  Когаловский М.Р. Перспективные технологии информационных систем. М.: ДМК Пресс; Компания АйТи, 2003. 288 с.