Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів

Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2023
1. Verfasser: Гуляницький, Л.Ф.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainian
Veröffentlicht: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Schriftenreihe:Вісник НАН України
Schlagworte:
Загальні збори НАН України
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192970
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів / Л.Ф. Гуляницький // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 5. — С. 75-78. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-192970
record_format dspace
spelling irk-123456789-1929702023-07-26T16:47:02Z Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів Гуляницький, Л.Ф. Загальні збори НАН України 2023 Article Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів / Л.Ф. Гуляницький // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 5. — С. 75-78. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.05.075 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192970 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Загальні збори НАН України
Загальні збори НАН України
spellingShingle Загальні збори НАН України
Загальні збори НАН України
Гуляницький, Л.Ф.
Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів
Вісник НАН України
format Article
author Гуляницький, Л.Ф.
author_facet Гуляницький, Л.Ф.
author_sort Гуляницький, Л.Ф.
title Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів
title_short Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів
title_full Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів
title_fullStr Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів
title_full_unstemmed Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів
title_sort оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2023
topic_facet Загальні збори НАН України
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192970
citation_txt Оптимізація рішень при плануванні місій безпілотних літальних апаратів / Л.Ф. Гуляницький // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 5. — С. 75-78. — укр.
series Вісник НАН України
work_keys_str_mv AT gulânicʹkijlf optimízacíâríšenʹpriplanuvannímísíjbezpílotnihlítalʹnihaparatív
first_indexed 2025-07-16T18:52:14Z
last_indexed 2025-07-16T18:52:14Z
_version_ 1837830698310828032
fulltext ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 5 75 ОПТИМІЗАЦІЯ РІШЕНЬ ПРИ ПЛАНУВАННІ МІСІЙ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ Шановні учасники Загальних зборів! Сьогодні безпілотні літальні апарати (БПЛА) ширше, ніж будь-коли раніше, застосовують як у цивільній, так і у військо- вій сферах. Так, різні види БПЛА все частіше використовують у логістиці, для контролю технічного стану, безпеки та проце- сів функціонування різних об’єктів і систем, зокрема у сфері захисту довкілля, аграрному секторі, лісовому господарстві, на залізничному транспорті, при організації морських пошуково- рятувальних операцій, для потреб поліції, у протипожежних роботах, для інспекції стану конструкцій, трубопроводів тощо. БПЛА стали також невід’ємною частиною перспективного озброєння сучасних армій. Військові активно їх застосовують не лише в розвідувальних місіях, при патрулюванні, для кори- гування вогню, а й для ліквідації ворожих цілей. Останнім часом одним з основних напрямів розробок у вій- ськовій сфері стає використання не окремих БПЛА, а цілих їх груп, перед якими ставиться конкретне завдання. Це зумовлює необхідність забезпечення мережевої взаємодії, яка може пе- редбачати об’єднання в групи не лише БПЛА, а й пілотованих повітряних, надводних чи транспортних засобів, мультиплат- формне підключення БПЛА та ефективну взаємодію між усіма компонентами такого командного об’єднання. В Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України традиційно проводилися і проводяться дослідження, спрямо- вані на вирішення проблем державного рівня. Далі я коротко зупинюся на важливому нині напрямі — питаннях оптималь- ного планування місій безпілотних авіаційних комплексів (БпАК), до яких входять БПЛА. Формальна постановка таких проблем приводить до задач комбінаторної оптимізації підви- щеної розмірності та складності, розв’язування яких здійсню- ється на сучасних суперкомп’ютерах. Однак у деяких засто- ГУЛЯНИЦЬКИЙ Леонід Федорович — член-кореспондент НАН України, завідувач відділу комбінаторної оптимізації та інтелектуальних інформаційних технологій Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.05.075 76 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (5) ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ суваннях такі задачі потрібно розв’язувати на портативних комп’ютерах, ноутбуках. Ефективність застосування команд гетеро- генних БПЛА та швидкість виконання постав- лених перед ними завдань неможливо підви- щити без розроблення математичних моделей та алгоритмів, спрямованих на розв’язування задач, що виникають під час планування їхніх місій і стосуються комплектування та розмі- щення БПЛА, вибору цілей, а головне, узго- дженої оптимізації їхніх маршрутів. Розроблення і застосування математичних та програмно-алгоритмічних засобів з вико- ристанням ідей ройового інтелекту здійсню- валося нашим колективом для вирішення проблем планування місій команд БПЛА (чи інших рухомих роботизованих систем) при об- стеженні або обслуговуванні заданої множини цілей, захисту мереж спеціального призначен- ня. Також розроблялися засоби впізнавання за принципом «свій-чужий», розраховані на сумісну роботу із системами попередніх поко- лінь, які використовують у ЗСУ. При плануванні місій команди БПЛА роз- глядалися такі проблеми: 1) визначення кількості БПЛА, необхідних для виконання завдання, — формування ко- манди БПЛА; 2) розподіл групи БПЛА по можливих міс- цях базування; 3) розподіл цілей між БПЛА та базами; 4) оптимізація маршрутів групи БПЛА як команди, що виконує поставлене завдання, зокрема із залученням гібридних систем, що складаються з транспортного засобу (ТЗ) та БПЛА; 5) підтримка функціонування мобільних спецмереж, що зв’язують БПЛА та наземні пункти керування, захист таких мереж і опти- мізація передачі інформації в них. Поширена практика полягає в тому, що ці проблеми розглядають окремо і для кожної з них розробляють відповідні підходи до ви- рішення. Засади ройового інтелекту, які по- кладено в основу розроблених програмно-ал- горитмічних засобів оптимізації маршрутів БПЛА для розв’язування задач планування з альтернативними та динамічними базами (депо), дозволили об’єднати більшість зазна- чених вище проблем в одну задачу. Приклад розв’язування задачі з 3 базами, 12 цілями та 2 БПЛА наведено на рис. 1, де маршрути по- казано різними кольорами. Останніми роками бурхливо розвиваються дослідження алгоритмів і засобів планування місій гібридних систем ТЗ+БПЛА. Світові гі- ганти, серед яких Amazon, Google, DHL, UPS, Deutsche Post AG та Walmart, оголосили про запуск програм з ефективного використання безпілотників для доставки товарів кінцевим споживачам («доставка на останню милю»), вкладаючи у відповідні логістичні проєкти величезні кошти. Проте вирішення подібних завдань є важливим і в інших сферах застосу- вання. Розроблений нами математичний апарат є результатом продовження попередніх дослі- джень і дозволяє розв’язувати задачі, пов’язані з вибором можливого місця для подальшого переміщення ТЗ з одним БПЛА на борту, що перебуває у зоні зниженої ситуаційної обізна- ності та ризику: для оцінки ситуації форму- ється множина пунктів, які БПЛА потрібно обстежити за мінімальний час. Якщо ж місця базування зафіксовано, то завдання полягає у тому, щоб визначити, з якої з можливих баз можна провести обстеження цілей за мінімаль- Рис. 1. При обстеженні заданих цілей БПЛА можуть стартувати з однієї бази, а приземлятися на іншій ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 5 77 ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ ний час, враховуючи обмежений ресурс БПЛА та час переміщення ТЗ до баз. У нинішніх умовах виник запит на задачу, коли ТЗ, маючи один БПЛА на борту, може переміщуватися від початкового місця ба- зування (бази) до інших, які задано на його маршруті. Поповнення польотного ресурсу БПЛА відбувається лише у місцях базуван- ня транспортного засобу (базах). Задача по- лягає в такому визначенні фрагментів марш- руту БПЛА з окремих баз на маршруті ТЗ та часових інтервалів його обслуговування на цих базах, щоб провести обстеження цілей за мінімальний час. На рис. 2 наведено приклад розв’язування задачі, в якій обстеженню під- лягали 24 цілі, а на маршруті ТЗ (позначено синім) було п’ять місць можливого базування (карта умовна). Після оптимізації польотів БПЛА виявилося недоцільним використову- вати перші дві бази. Принциповою проблемою, від вирішення якої також залежить успішність застосуван- ня команд чи окремих БПЛА, є розроблення спеціалізованих мобільних мереж, зниження їх радіовидимості, а також захист інформації в них. Розвиток мережевих технологій дозволяє обмінюватися даними між БПЛА з високим ступенем захищеності та низькою затримкою, що дає можливість використовувати маленькі й живучі безпілотники, здатні обмінюватися зображеннями, спостереженнями і даними ці- левказівки один з одним та з пунктами керу- вання у режимі реального часу. Під захищеністю безпроводових спецмереж, що зв’язують рухомі роботизовані системи, ми розуміємо не лише надійне шифрування потоків інформації всіх типів, а й зниження радіовидимості за рахунок ретрансляцій, що дає змогу зменшити потужності передавачів (БПЛА чи інших дронів, наземного пункту ке- рування), а також скорочення часу виконання завдань завдяки оптимізації маршрутів дронів та передачі потоків даних. Запропонована схема побудови таких мереж ґрунтується на застосуванні програмно-керо- ваних радіостанцій. Їх використання дозволяє забезпечити керування потужністю, формува- ти спрямовані сигнали, застосовувати стрибки частот та шумоподібні широкосмугові сигнали за наявності ворожих засобів РЕБ. Для апробації пропонованих підходів ство- рено кілька макетних стендів. Один із них, призначений для тестування розроблених ал- горитмів захисту команд керування та пере- дачі зашифрованого відео, показано на рис. 3. Результати тестування підтвердили застосов- ність розроблених алгоритмів захищеного ке- рування та ефективність зашифрованої пере- дачі відеосигналу (3280×2464) від дослідного макета на наземний пункт керування. Рис. 2. Розв’язок задачі плану- вання місії гі- бридної системи ТЗ+БПЛА з 24 цілями та 5 базами на маршруті ТЗ 78 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (5) ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ Враховуючи підвищену обчислювальну складність проблем проєктування мереж різ- ного призначення, розроблено обчислювальні схеми для квантових і класичних комп’ютерів, які дозволяють визначати мінімально необхід- ну кількість активних передавачів радіомережі для зв’язку між територіально розподіленими абонентами мережі. Розроблено алгоритм та програмно-алго- ритмічне забезпечення для виявлення і фік- сування атак на систему навігації БпАК (спу- фінгу), що дозволяє інформувати наземний пункт керування про спроби дезорієнтації чи перехоплення БПЛА. Його впроваджено у навчальний процес для підготовки пілотів БПЛА на базі одного з підприємств ДК «Укр- оборонпром». Створено і використано для тестування ма- кетний стенд для імітаційного моделювання польотів групи БПЛА на базі мереж програм- но-керованих радіостанцій чи стандартних промислових маршрутизаторів з можливістю керування потужністю передавачів, викорис- тання різнотипних джерел радіохвиль для по- зиціонування в умовах заглушення (рис. 4). Слід також відзначити розроблення алго- ритму впізнавання літальних апаратів, який гарантує вищу криптографічну стійкість за- хисту інформації порівняно з тими, що ви- користовуються нині ЗСУ. Він має більшу продуктивність обробки цілей завдяки вико- ристанню інформації зі спеціальних мереж та застосуванню сигнально-кодових конструкцій відповідно до стандартів НATO. Велику увагу приділено використанню ре- зультатів досліджень. Окремі розроблені про- грамно-алгоритмічні засоби передано до ВАТ «Меридіан» ім. С.П. Корольова і використано при модернізації наявних БпАК та розроблен- ні нової лінійки відомих БпАК «Spectator». Методику тестування алгоритмів криптогра- фічного захисту інформації з використанням демонстраційного стенду, який імітує процеси державного впізнавання об’єктів за принци- пом «свій-чужий», впроваджено в НВЦ «Без- пека інформаційних технологій і систем». Хоча у фокусі наших досліджень були БПЛА, розроблені алгоритмічні та програмні засоби можна розвинути для застосувань, де транспорт — це авто, БТР, танк, корабель чи авіалайнер, замість БпАК (чи разом з ними) використовують інші дрони (наземні, надвод- ні чи підводні рухомі роботизовані системи), а завдання полягає не лише в обстеженні, а й в обслуговуванні об’єктів. Дякую за увагу! Рис. 3. Макетний стенд для тестування розроблених алгоритмів захисту команд керування та передачі за- шифрованого відео Рис. 4. Тестова платформа для апробації алгоритмів виявлення атак на систему навігації БпАК

Ähnliche Einträge