Главная Архив номеров N-15 июнь 2007 Разработка учебно-тренировочных средств радиоэлектронного вооружения и средств радиоэлектронной борьбы ВМФ.
 

Авторизация



Разработка учебно-тренировочных средств радиоэлектронного вооружения и средств радиоэлектронной борьбы ВМФ. Печать

В.Б.Рисунков

Учебно-тренировочные средства (УТС) радиоэлектронного вооружения (РЭВ) и средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) надводных кораблей и подводных лодок предназначены для практической подготовки операторов этих средств, боевых частей при взаимодействии операторов различных средств, отработки тактических задач в тактических и тактико-специальных тренажерах автономно и в составе тактических групп.

 

К данной группе УТС относятся специализированные тренажеры для подготовки операторов средств, комплексные тренажеры, включающие рабочие места для подготовки операторов различных средств и систем, как правило, на общем тактическом фоне и во взаимодействии между собой, и рабочие места операторов для использования их в составе тактических тренажеров.
Необходимость подготовки операторов на УТС РЭВ и средств РЭБ вызвана прежде всего невозможностью представления оператору реального комплекса всего многообразия условий, возникающих во внешней среде, а также в сложной тактической обстановке, в том числе в условиях применения противником оружия и средств РЭБ.
УТС в зависимости от назначения могут иметь интерфейс взаимодействия с оператором, полностью соответствующий реальному изделию (для отработки моторных навыков оператора) или обеспечивать интерфейс управления через изображение панелей прибора на мониторе компьютера. Полная компьютерная имитация панели приборов используется чаще всего в комплексных тренажера и при разработке рабочих мест операторов в составе тактических тренажеров. Такой подход к разработке УТС обеспечивает возможность гибкого конфигурирования рабочих мест комплекса с динамической организацией их функциональных связей, позволяя на одних и тех же технических средствах (таких как сеть компьютеров) проводить различные виды тренировок.
Тверской НИИ «Центрпрограммсистем» (НИИ ЦПС) всегда активно участвовал в разработке УТС РЭВ, последовательно набирая и совершенствуя опыт в этой области. Первой работой явилась ЛАСО «Гвоздика», включающая набор средств теоретической и практической подготовки операторов РЭВ. На основе программно-технических решений, использованных в ЛАСО «Гвоздика», в дальнейшем разрабатывался комплексный тренажер (КТ) «Багут» для подготовки операторов гидроакустических комплексов надводных кораблей, тренажерные средства для подготовки экипажей экспортных кораблей проектов 956Э, 11356, 956МЭ, комплексы рабочих мест обучаемых в универсальном тактическом тренажере «Коллекция». Последней разработкой в данной области стал КТ «Обзор», разрабатываемый в рамках тренажерного комплекса ВСОК ВМФ и объединивший практически все предыдущие разработки НИИ ЦПС по созданию УТС РЭВ и средств РЭБ. На рисунке 1 приведен внешний вид отдельных имитаторов радиолокационных станций (РЛС) и гидроакустических комплексов (ГАК) из состава КТ «Обзор».
Рис. 1. Вид программных имитаторов РЛС и ГАК
В ходе разработок специалистами выработан общий подход к построению таких систем, как программные и программно-технические имитаторы средств РЭВ, и к их объединению или включению в различные программно-технические тренажерные комплексы.
В основе этого подхода лежит модульный принцип и строгая структуризация построения каждого из имитаторов с максимальной унификацией компонент в системе. Это позволяет изменением одного из компонентов легко изменить характеристики имитатора или перенести ранее разработанный имитатор в другой программно-технический комплекс (например, при использовании его в качестве рабочего места обучаемого в составе тактического тренажера). Каждый из имитаторов разрабатывается на основе набора общих программных модулей, обеспечивающих программисту-разработчику набор сервисов сетевого обмена, получения данных о состоянии и изменениях тактической обстановки (ТО), физических характеристик объектов ТО, моделей распространения сигналов в различных средах, картографической информации и т.д., необходимых для разработки программного обеспечения функциональных задач имитатора. Кроме того, обеспечивается создание технологического программного обеспечения (ПО) для отладки взаимодействия функциональных задач и связей имитаторов и их компонент между собой и с внешними системами. Технологическое ПО создавалось также для тестирования различных сложных компонент общего ПО (математические модели, общие библиотеки генерации индикаторов первичной обстановки и др.).

Рациональный подход к созданию распределенных систем, к которым относятся УТС средств РЭВ, должен базироваться на технологии разработки, обеспечивающей интеграцию и документирование разработки на всех ее этапах, включая проектирование, разработку программного обеспечения, тестирование и отладку. На этапе проектирования должна быть проведена декомпозиция распределенной системы на отдельные модули решения функциональных задач, определен набор входных и выходных данных для каждой задачи. Для оптимизации разрабатываемой системы следует избегать дублирования однотипных функций обработки данных различными задачами, иначе результат моделирования может отличаться, в зависимости от конфигурации набора задач (при различной реализации в задачах одного и того же алгоритма). Уровень декомпозиции может быть разнообразным - от библиотеки расчетных задач до полной функциональной модели одной или нескольких подсистем.
Далее, исходя из общих требований к функционированию распределенной системы, необходимо определить предельные требования по времени выполнения к каждому из модулей. Этот процесс достаточно сложен и, как правило, в зависимости от сложности и объема распределенной системы, требует проводить математическое моделирование функционирования системы в режиме реального времени.

Основную роль во взаимодействии компонент системы играет информационный обмен между отдельными процессами. Главным недостатком многих разрабатываемых систем является включение функций информационного обмена в сами компоненты только на основе стандартов протоколов сетевого обмена. Такая система является закрытой, включение в нее новых компонент, расширение и модификация невозможны без детального знания физического способа передачи информации в системе и необходимости модификации всей системы.
Выделение функций обмена информацией в отдельную подсистему позволяет отделить программы моделирования от уровня физических протоколов передачи, что позволяет впоследствии легко перестроить систему путем модификации и настройки только этой подсистемы. При этом набор функций информационного обмена является стандартом для всех декомпозированных компонент разрабатываемой системы распределенного моделирования. В идеале необходимо принятие общего для всех разработчиков стандарта информационного взаимодействия компонент высокого уровня (например, DIS, HLA и т.д.) что позволит обеспечить заимствование ранее разработанных подсистем и моделей в новых разработках, избежать дублирования и, как следствие, уменьшить срок разработки от проектирования до ввода системы в эксплуатацию.
Информационный обмен может включать не только обмен данными, но и программными моделями, организованными в виде сервисов и служб, это позволяет легко изменять функции системы модификацией этих компонент и избегать периодической передачи большого объема данных синхронным выполнением одного и того же модуля на удаленных компьютерах. Для примера можно привести процесс имитационного моделирования РЛС и множества ее выносных индикаторов. Непосредственный обмен данными в такой системе должен включать передачу от имитатора РЛС на каждый выносной индикатор рассчитанных уровней видеосигнала с частотой следования импульсов реальной РЛС и ряд других параметров. Объем информации при этом выходит на предельный для локальной сети уровень, не говоря уже о глобальных сетях и большинстве других видов физических каналов информационного обмена. Однако передача на удаленный компьютер модуля генерации видеоизображения позволяет синхронизировать видеоизображение РЛС и выносных индикаторов передачей входной информации для генерации уровней видеосигнала непосредственно на удаленном компьютере. Объем этой информации и темп ее выдачи в сотни раз меньше, чем при непосредственном обмене расчетными данными, что позволяет решать данную задачу даже для медленных каналов связи или в условиях ограничения сетевого трафика.
При разработке сложных систем распределенного моделирования всегда встает вопрос выбора метода обмена (централизованного с выделением сервера и децентрализованного, при котором функции моделирования распределены по компьютерам сети).

Выбор этот неоднозначен, и оптимальность его зависит от объема и специфики решаемых системой задач.
Сосредоточение всех служб, сервисов и задач на выделенном сервере упрощает синхронизацию процессов моделирования во времени, процесс разработки и отладки ПО, но объем решаемых задач при этом ограничен вычислительными мощностями сервера и пропускной способностью каналов обмена между сервером и клиентами. В то же время вычислительные мощности клиентов оказываются практически не загруженными, выполняя зачастую только функции интерфейса с пользователями системы.
Распределение функций моделирования между компьютерами системы позволяет уйти от ограничений по вычислительной мощности технических средств системы, которая будет ограничиваться суммарной производительностью вычислительных средств, входящих в систему. Значительная сложность проектирования, разработки и отладки таких систем требует использования современных технологий, таких как HLA, CORBA, NET и т.п.
Следует учитывать, что создание полностью распределенной системы моделирования в режиме реального времени практически невозможно. Служба времени и ряд других служб и компонент выполняются только на одном из компьютеров системы, однако роль ведущего легко может передаваться от одного вычислительного узла другому без потери в качестве работы системы в целом.
Рассматривая различные подходы к разработке УТС РЭВ и средств РЭБ ВМФ, можно выделить также использование комбинации централизованной и децентрализованной схем. Так, например, моделирование и синхронизация тактической обстановки, службы времени выполнялись централизованно на ВМК тренажера, а задачи имитационного моделирования решались непосредственно на одном или нескольких рабочих местах обучаемых при распределенной организации их взаимодействия друг с другом. Все рабочие места использовали в своей работе функции получения информации от ВМК, предоставляемые унифицированным в рамках тренажера или комплекса тренажеров клиентом или шлюзом ВМК. Такая схема использовалась при разработке АСО-101, тренажера «Багут» из состава КПКО «Букет», ТСТК «Командор» и других.
В процессе разработки ПО основная проблема, стоящая перед разработчиком, - обеспечение автономной отладки программ. Сложность проблемы в том, что на момент разработки каждого из модулей целостной функционирующей системы еще не существует. Даже когда практически все компоненты системы разработаны, комплексная отладка ее не всегда возможна по причине отсутствия у разработчика компоненты полнофункционального технологического стенда, способного обеспечить запуск всех элементов системы. В результате силы разработчиков уходят на разработку технологического ПО, имитирующего внешний информационный обмен программного модуля с другими компонентами системы. Организация возможности автономной отладки каждого компонента исполнителем в ходе ведения разработки - важнейшее условие успеха создания системы распределенного моделирования. Для обеспечения этого используются два подхода:
- разработка специализированных технологических программных имитаторов взаимодействующих подсистем каждым разработчиком;
- использование систем технологической поддержки разработки ПО, обеспечивающей генерацию модели системы на основе метаописания общих данных системы, информационных потоков и макетов функциональных задач, способной имитировать функции системы на отдельно взятом компьютере с целью обеспечения отладки разрабатываемых программ в комплексной работе.
Первый подход целесообразно применять при разработке расчетных задач, являющихся общими для всей системы, в частности, для тренажеров таковыми являются модели распространения сигналов в различных средах, модели поведения объектов и т.п. Дело в том, что ошибки в таких компонентах плохо выявляются в комплексном режиме функционирования системы, зачастую косвенно приводя к ошибочным результатам использующих их функции программ. Так, практически невозможно проверить функционирование модели распространения звуковых волн в морской среде на основе тестирования программного имитатора гидроакустического комплекса, в котором она используется, поскольку нельзя создать тесты для всех, или даже наиболее характерных ситуаций взаимного расположения источника и приемника сигнала, а также по виду информации, предъявляемой на индикаторе имитатора ГАК, сделать вывод о наличии или отсутствии принципиальных ошибок в математической модели среды.
Однако создание полномасштабного имитатора будущей системы для отладки отдельных компонент - слишком объемная задача, сравнимая по сложности с созданием самой системы; здесь возможно только использование второго подхода, обеспечивающего быстрое создание макета сложной системы, гибкость модификации, возможность участия в его создании многих, в том числе территориально удаленных разработчиков.
Такой подход к разработке ПО имитаторов РЭВ и средств РЭБ позволяет снизить затраты на разработку за счет выделения унифицируемого ПО, в то же время повысив качество ПО за счет сокращения специального программного кода, комплексной отладки и тестирования как специализированного ПО, так и общих программных компонент на этапе их разработки. Кроме того, модульный принцип построения обеспечивает сравнительно дешевую возможность переноса разработанных имитаторов в другие операционно-технические среды и программные комплексы путем изменения функций сервисов, предоставляемых общим ПО.

 
Разработка сайтов