Спосіб оперативного розв’язання множинних конфліктів повітряних кораблів

Реферат: Спосіб оперативного розв'язання множинних конфліктів повітряних кораблів, при якому в силовому полі розміщають позиції рухомих об'єктів, позиції цілей, пов'язаних з рухомими об'єктами, а також позиції перешкод, всім об'єктам, їхнім цілям і перешкодам призначають потенціали, розраховують сили, що діють на рухомі об'єкти, і на основі цих сил розраховують керуючі впливи для запобігання конфлікту зіткнення рухомих об'єктів між собою й з перешкодами. Навколо матеріальної точки формують коло з центром, який співпадає з координатами місцезнаходження матеріальної точки у віртуальному світі, на колі послідовно розміщують матеріальні точки, які наділені масою та взаємодіють з іншими матеріальними точками, з силами притягання і відштовхування, визначають позицію матеріальної точки на колі, в якій сумарна сила, яка є сумою сили притягання і відштовхування від інших матеріальних точок, є максимальною. UA 95750 U (12) UA 95750 U UA 95750 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області керування об'єктами, а саме в більшій мірі до методів вирішення конфліктних ситуацій в конкретному просторі між рухомими об'єктами, також зіткнення рухомих об'єктів з різними перешкодами. Дана корисна модель до літальних апаратів, як пілотних та безпілотних. Найбільш відомим є спосіб розв'язання конфліктів зіткнення, що базується на використанні властивостей потенційних силових полів. Суть даного способу полягає в наступному. Всім рухомим об'єктам і їхнім перешкодам призначають потенціали одного знака, а цільовим позиціям рухомих об'єктів потенціали іншого знака. У результаті на кожний рухомий об'єкт діють сили притягання до своєї цілі та відштовхування від інших рухомих об'єктів і перешкод. Результуючу силу використовують для формування управління рухом об'єкта до цілі та для запобігання зіткнення з іншими рухомими об'єктами та з перешкодами. Відомий спосіб визначення альтернативного шляху для обходу перешкод мобільною машиною [1]. Спосіб полягає в визначенні місця розташування перешкод, призначенні заряду одного знаку для мобільної машини і перешкод, призначенні заряду іншого знаку для цільового пункту маршруту мобільної машини, обчисленні сумарної сили, що діє на мобільну машину з боку перешкод і цілі. Силу розраховують як функцію, що обернено пропорційна квадрату відстані між об'єктами. Вектор сумарної сили є керуючим сигналом для обходу мобільною машиною перешкод і руху до цільового пункту. Недоліками відомого способу визначення альтернативного шляху для обходу перешкод мобільною машиною є те, що сили притягання до цілі та відштовхування від перешкод є нелінійними функціями від відстані між об'єктами. Це призводить до того, що при зближенні рухомих об'єктів або при зближенні з ціллю необмежено зростає значення функції сумарної сили і прискорення мобільної машини на малих відстанях від перешкод і малих відстанях до цілі, що унеможливлює визначення функції управління мобільною машиною. Також відомим способом є спосіб кооперативного розв'язання конфліктів повітряного руху [2]. Спосіб полягає в тому, що повітряним судам і їхнім перешкодам призначають потенціали однакового знаку, а цільовим пунктам кожного повітряного судна призначаються потенціали протилежного знаку. Взаємне розташування всіх потенціалів формує потенціальне поле. Градієнт потенціального поля визначає напрямок і величину сили, що діє в точці положення кожного повітряного судна. На основі значення градієнта розраховують нове положення повітряного судна. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є спосіб гарантованого розв'язання поліконфліктів рухомих об'єктів [3]. Суть винаходу в способі гарантованого розв'язання поліконфліктів рухомих об'єктів, при якому в силовому полі розміщують позиції рухомих об'єктів, позиції цілей, пов'язаних з рухомими об'єктами, а також позиції перешкод, всім рухомим об'єктам, їхнім цілям і перешкодам призначають потенціали, розраховують сили, що діють на рухомі об'єкти, і на основі цих сил розраховують керуючі впливи для запобігання конфліктів зіткнення рухомих об'єктів між собою й з перешкодами, полягає в тому, що створюється штучне силове поле у просторі поліконфліктних рухомих об'єктів, цим рухомим об'єктам, їхнім цілям, динамічним і статичним перешкодам призначають потенціали, що є одночасно функцією двох сил взаємодії: сил притягання й сил відштовхування. Суть винаходу також полягає в тому, що як управління для запобігання конфлікту зіткнення рухомих об'єктів використовують тільки кут повороту вектора швидкості рухомого об'єкта, що є функцією градієнта сумарних сил притягання та відштовхування, що діють на рухомий об'єкт із боку інших рухомих об'єктів, цілі та перешкод. Недоліки технічного рішення, вибраного за прототип: 1. При диференціюванні руху віртуального вимірювача необхідно враховувати напруженість віртуального силового поля, так як при різних значеннях напруженості силового поля віртуальний вимірювач буде мати різні характеристики руху, такі як добротність, ступінь затухання коливань та стійкість. 2. При потраплянні в область значень параметрів руху віртуального вимірювача зі значенням декрименту затухання близьким до 0 суттєво збільшується час для визначення сталого положення віртуального вимірювача. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення оперативного розв'язання множинних конфліктів шляхом виключення (усунення) недоліків прототипу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі оперативного розв'язання множинних конфліктів повітряних кораблів, при якому в силовому полі розміщають позиції рухомих об'єктів, позиції цілей, пов'язаних з рухомими об'єктами, а також позиції перешкод, всім об'єктам, їхнім цілям і перешкодам призначають потенціали, розраховують сили, що діють на рухомі об'єкти, і на основі цих сил розраховують керуючі впливи для запобігання конфлікту зіткнення рухомих 1 UA 95750 U 5 10 об'єктів між собою й з перешкодами згідно з корисною моделлю навколо матеріальної точки формують коло з центром, який співпадає з координатами місцезнаходження матеріальної точки у віртуальному світі, на колі послідовно розміщують матеріальні точки, які наділені масою та взаємодіють з іншими матеріальними точками, з силами притягання і відштовхування, визначають позицію матеріальної точки на колі, в якій сумарна сила, яка є сумою сили притягання і відштовхування від інших матеріальних точок, є максимальною. Спосіб оперативного розв'язання множинних конфліктів повітряних кораблів реалізують в такий спосіб. 1. Кожний рухомий об'єкт формалізують кінематичною моделлю виду:   q  f V, , , q , q0 t 0   Q0 , qк t к   Qк ,  V  0...Vmax  ,   0...360 ,    , 15 20 25 30 де q - вектор координат рухомого об'єкту; q0 , qк - вектори початкових і кінцевих значень координат відповідно; V - вектор шляхової швидкості рухомого об'єкта;  - курсовий кут, який здійснює управління орієнтацією вектору шляхової швидкості рухомого об'єкту;  - мале заздалегідь задане число; Q0 - множина початкових позицій рухомого об'єкту; Qк - множина його кінцевих позицій. Кінематичні властивості рухомих об'єктів визначають їх енергетичними, технікоекономічними та параметричними характеристиками, а також фізико-механічними властивостями навігаційного середовища. 2. Курсовий кут  в моделі (1) забезпечує гарантоване розв'язання конфлікту зіткнення рухомих об'єктів між собою, з перешкодами і обмеженнями, а також характеризує напрямок вектору швидкості на ціль. 3. З метою визначення  формують віртуальний світ. Кожний рухомий об'єкт віртуального світу представляють матеріальною точкою, яку наділяють масою m . Перешкоди і обмеження також представляють матеріальними точками, або їх сукупністю (якщо геометрія перешкод і обмежень є складною) і також наділяють масами. Об'єкти можуть мати різні пріоритети, що обумовлюється різними значеннями їх "характеристичної маси". Фінішні позиції кожного рухомого об'єкта наділяють масами, що значно перевершують масу самого об'єкта. Матеріальні точки з масами m взаємодіють між собою одночасними силами притягання F і відштовхування W: FG 35 40 qm n R ; W  G qmR кр Rm (2) , де R - відстань між матеріальними точками; Rкр - критичне значення відстані між матеріальними точками, яке визначається виходячи із умов безпеки і безконфліктності руху об'єктів в навігаційному середовищі; G - гравітаційна постійна віртуального світу. У виразах (2) відношенням n m задають "агрегатний" стан середовища у віртуальному світі що характеризує ступінь самоорганізації елементів віртуального світу. Аналогією "агрегатного" стану середовища у віртуальному світі може служити агрегатний стан матерії в реальному світі - газоподібний, рідкий, кристалічний і т.ін. 4. Навколо матеріальної точки формують коло з центром, який співпадає з координатами місцезнаходження матеріальної точки у віртуальному світі, на колі послідовно розміщують матеріальні точки, які наділені масою m j та взаємодіють з іншими матеріальними точками, з силами притягання і відштовхування, визначається позиція матеріальної точки на колі, в якій сумарна сила, яка є сумою сили притягання і відштовхування від інших матеріальних точок, є максимальною (див. Фіг.).  F  Gm im j Rn ij  F     F   j F   j F 45 (1) ,  Gm im j Rкрi  Rкрj  Rm ij (3) де j - кількість матеріальних точок наділених масою.   1: 360 х   х і  R cos  і 2 UA 95750 U y   y і  R sin  і  5  max F   х  , y   . і і Ця позиція є основою для розрахунків керуючого впливу для запобігання конфлікту зіткнення рухомих об'єктів. 5. Відповідно до геометричного розташування всіх матеріальних точок віртуального світу, кутове положення вектору F max буде відповідати градієнту гравітаційного поля. Це кутове положення, яке відповідає куту  знаходиться за формулою (4)   arctg 10 15 20 25 30 y i  y  і (4) . Порівняльний аналіз технічного рішення, що заявляється, із прототипом, дозволяє зробити висновок, що спосіб оперативного розв'язання множинних конфліктів повітряних кораблів відрізняється тим, що замість віртуальних вимірювачів, які задаються моделлю дисипуючого осцилятора, навколо матеріальної точки формується коло з центром, який співпадає з координатами місцезнаходження матеріальної точки у віртуальному світі, на колі послідовно розміщуються матеріальні точки, які наділені масою та взаємодіють з іншими матеріальними точками, з силами притягання і відштовхування, визначається позиція матеріальної точки на колі, в якій сумарна сила, яка є сумою сили притягання і відштовхування від інших матеріальних точок, є максимальною. Ця позиція є основою для розрахунків керуючого впливу для запобігання конфлікту зіткнення рухомих об'єктів. Підвищення ефективності використання технічного рішення, що заявляється, у порівнянні із прототипом, полягає в тому, що: 1. Забезпечується гарантоване розв'язання множинних конфліктів повітряних кораблів у віртуальному світі при довільному початковому розташуванню об'єкта. 2. При відповідному виборі значень мас рухомих об'єктів, їхніх цілей і перешкод зберігається повна цільова керованість рухомих об'єктів. 3. Не відбувається необмежене зростання складності обчислення нових координат рухомих об'єктів при зростанні кількості конфліктів. 4. Управління швидкістю матеріальних точок здійснюється незалежно від управління кутового положення їх вектора швидкості. Швидкість рухомих об'єктів може вибиратися довільно. Джерела інформації: 1. Патент США № US6134502, МПК G06F 9/00, G06N 7/00, 2000 (аналог). 2. Патент США № US5961568, МПК G08G 5/04, 1999 (аналог). 3. Патент Україна № 79905, МПК G08G 5/00, G06F 9/00, G05D 1/00 G06N 7/00 (прототип). x i  х  і ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб оперативного розв'язання множинних конфліктів повітряних кораблів, при якому в силовому полі розміщають позиції рухомих об'єктів, позиції цілей, пов'язаних з рухомими об'єктами, а також позиції перешкод, всім об'єктам, їхнім цілям і перешкодам призначають потенціали, розраховують сили, що діють на рухомі об'єкти, і на основі цих сил розраховують керуючі впливи для запобігання конфлікту зіткнення рухомих об'єктів між собою й з перешкодами, який відрізняється тим, що навколо матеріальної точки формують коло з центром, який співпадає з координатами місцезнаходження матеріальної точки у віртуальному світі, на колі послідовно розміщують матеріальні точки, які наділені масою та взаємодіють з іншими матеріальними точками, з силами притягання і відштовхування, визначають позицію матеріальної точки на колі, в якій сумарна сила, яка є сумою сили притягання і відштовхування від інших матеріальних точок, є максимальною. 3 UA 95750 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4