ИСТИНА

Исследование и разработка комплекса моделей и алгоритмов функционирования наземно-космической системы (НКС) для эффективного мониторинга высокоскоростных маневрирующих объектов (ВМО). В качестве объекта исследования будут рассмотрены средства мониторинга наземного и космического базирования, объединенные в единую систему.

The project is devoted to the research and development of a set of models and algorithms for the functioning of a ground-space system (GSS) for effective monitoring of high-speed manoeuvring objects (HSMOs). Ground-based and space-based monitoring facilities combined into a single system will be considered as the object of research. In spite of the great attention paid in modern scientific research to the issues of organisation and control of the NSS, the tasks related to ensuring quality functioning of the NSS in the case of WMO movement under conditions of destructive effects of various nature are practically not considered. Among them there are unknown potential capabilities of WMO for manoeuvring, uncertainty in the location of ground and space monitoring facilities, necessity to consider both a random set of WMOs and random parameters of manoeuvres of a single WMO. The emergence of new types of WMOs in conditions of uncertainty of their trajectory of motion determines the relevance of the development of new approaches to the management and control of the functional characteristics (FC) of NSS monitoring taking into account their location and peculiarities of WMO motion. The main criterion of efficiency in solving the problem of WMO monitoring is to maximise the time of object tracking, which allows to achieve the required probability of detection during the time of object movement along the trajectory of motion. In addition, it is worth to minimise the time of WMO detection and to predict the WMO motion parameters as accurately as possible to take into account all possible potential threats. Thus, a complex and urgent scientific problem arises: how, having only ‘qualitative’ information about the dynamics of a single WMO, taking into account unknown manoeuvring capabilities, uncertainty in the WMO control structure, in the location of monitoring facilities and in the number of WMOs, to make qualitative conclusions about the capabilities for operational observation and tracking of the prescribed number of WMOs by NKS monitoring facilities in real space background conditions. In order to solve scientific problems within the framework of the project it is planned to: develop and test the effectiveness of intellectual models and algorithms for WMO monitoring; use neural network methods and machine learning algorithms in solving the problem of analysing multidimensional time series (diagnostic and radar information); develop algorithms for optimal control of time and energy parameters of NSS on the basis of fuzzy logic methods; analyse the influence of the quality and quantity of input information about WMO on tracking accuracy. The integrated consideration of the WMO monitoring task will also make it possible to create a new modern intelligent modelling system for near-Earth space (NEO) monitoring, corresponding to the world level of research for a new class of observable targets, and subsequently to automate it.

Проект предполагает разработку новой комплексной математической модели деструктивных воздействий на НКС в процессе ее функционирования, применение которой позволит повысить эффективность управления НКС при мониторинге ВМО. Обоснование модели деструктивных воздействий будет осуществляться на основе комплексного рассмотрения физических процессов, влияющих на аппаратуру НКС: тепловые процессы, газодинамика, шумы в аппаратуре. Модель деструктивных воздействий будет дополнена прогнозированием показателей надежности НКС с применением нейросетевых технологий с использованием данных о температурной динамике компонентов НКС. Достижимость данного результата обуславливается наличием научного задела по формализации и категоризации деструктивных факторов, а также наличием исходных данных, позволяющих валидировать и верифицировать разработанную модель. На основе модели деструктивных факторов будет синтезирована новая стратегия проактивного управления функциональными характеристиками НКС при мониторинге ВМО, основанная на совместном использовании модели траекторного движения ВМО в условиях неопределенности и интеллектуальных алгоритмов мониторинга ВМО на основе нейросетевых технологий и алгоритмов машинного обучения. Для построения и обоснования модели траекторного движения ВМО будут использованы математические подходы, в частности векторный способ формирования траекторных параметров цели, метод управления векторами направления движения, с учётом реальных параметров и ТТХ существующих ВМО. Для адекватного моделирования движения ВМО будет расширена функциональность имитационной модели движения объекта как твердого тела, оснащенного двигателями, улучшена модель сопротивления атмосферы, добавлена функциональность расчета «трубки» траекторий при заданных динамических возможностях. Для обоснования стратегии проактивного управления будет положено комплексирование алгоритмов искусственного интеллекта (новые архитектуры рекуррентных искусственных нейронных сетей методы их обучения на ограниченных наборах данных) и новых методов анализа многомерных временных рядов. Реализация предлагаемой модели позволит получить более оперативные и полные данные об изменении технического состояния контролируемого критически важного элемента в зависимости от режима работы НКС с целью поддержаний значений функциональных характеристик на заданном уровне. Это в свою очередь позволит обучить модель прогнозирования функциональных характеристик НКС на более репрезентативных данных, и, таким образом, повысить ее точность. Данная цель будет достигнута за счёт обработки многомерных временных рядов телеметрии и прочих разнородных измерений, динамика которых изменяется вследствие влияния деструктивных воздействий на функционирование НКС в реальном масштабе времени. Также будет разработана новая модель оптимального управления временным ресурсом НКС при мониторинге ВМО на основе методов нечеткой логики для решения задачи приоритизации целей. Для преодоления временных ограничений, появляющихся в результате рассмотрения математических моделей большой сложности, предполагается использование нейросетевых методов машинного и глубокого обучения. Также будет построена модель ошибок при управлении временным ресурсом НКС на основе формирования критериев приоретизации объектов с учетом особенности работы НКС по ВМО. Разработка алгоритма оптимизации управления временным ресурсом НКС для модели оптимального управления временным ресурсом НКС позволит в реальном масштабе времени планировать тактовое расписание как наземных, так и космических НКС с целью максимизации времени обнаружения цели.

Научный коллектив ФКИ имеет большой опыт исследований в задачах, связанных с моделированием совместной работы наземных и космических средств, включая организацию линий радиосвязи, оптическое наблюдение и т.д. Проведенные исследования позволяют сформировать следующие направления исследований: - задача синтеза оптимальных в предписанном смысле траекторий наведения поворотного устройства с полем видимости на космическую цель, а также сопровождения космической цели с учетом терминальных, промежуточных, фазовых и смешанных ограничений; - задача построения расписания сеансов наблюдения космических объектов за целями наземного и космического базирования и сеансов наблюдения наземных сенсоров за целями космического базирования с учетом ограничений на геометрические, кинематические и динамические характеристики, а также объема бортовой памяти; - задача комплексного моделирования системы, состоящей из взаимодействующих объектов наземного и космического базирования. Научный коллектив ВУЦ МГУ имеет опыт в разработке методов интеграции высоконаучных методов в работу наземных средств мониторинга околоземного космического пространства (ОКП). По результатам множества исследований были разработаны численные критерии оценки эффективности средств мониторинга, например, выведено множество критериев на основе расчета загруженности барьера, показывающего проблему оптимального управления периодом обзора барьерной зоны. Существующие наработки коллектива позволяют сформировать следующие направления: - задача создания нового метода оптимизации на основе методов нечеткой логики для решения проблемы оптимизации временных ресурсов при работе по множеству космических целей; - задача расчета эффективности нового метода в интересах улучшения работы всего алгоритма оптимизации управления временным ресурсом.