Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДВУХЭТАПНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОДНОВРЕМЕННОГО БОЯ С РАЗНОРОДНЫМИ ГРУППИРОВКАМИ ПРОТИВНИКА

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, а именно к цифровым вычислительным системам для обработки входной информации о характеристиках боевых средств противоборствующих сторон, ее преобразовании, выбора рациональной стратегии, оценки результатов боевого противоборства (победа, поражение, паритет), определения своих потерь и нанесенного противнику ущерба при условии наличия или отсутствия разведки о координатах боевых средств противоборствующих группировок и может быть использовано командным составом Вооруженных Сил в процессе его обучения и переучивания, проведения командно-штабных учений и непосредственно для планирования боя группировок.

Известен подход [1-5], описывающий динамику двустороннего боя и позволяющий до его проведения назвать будущего победителя.

Авторами разработаны устройства, описания которых приведены в патентах [6, 7], позволяющие получить результаты ведения поочередных боев и одновременного боя с несколькими разнородными группировками с целью нахождения наилучшей последовательности их уничтожения. В указанных устройствах не находится момент равенства коэффициентов боевого превосходства при ведении одновременного боя. Подаваемая заявка на изобретение направлена на решение данной задачи.

Техническим результатом является расширение арсенала цифровых вычислительных средств данного назначения - двухэтапного моделирования одновременного боя с разнородными группировками.

Согласно изобретению указанная задача решается за счет устройства, по которому исходные данные значений показателей боевых средств противоборствующих группировок и шаг выполнения операции записывают в первый блок памяти, отличающегося тем, что в него введены арифметический блок, второй блок памяти, блок «Первый этап», блок «Второй этап», блок памяти выходных результатов, блок визуализации, блок выбора неполноты разведки (БВНР) и блок управления, управляющие выходы которого соединены со всеми управляющими входами: коммутатора, четырьмя блоками, входящими в первый блок памяти, арифметического блока, четырьмя блоками, входящими во второй блок памяти, пятью блоками входящими в блок «Первый этап», двумя блоками входящими в блок «Второй этап», блока памяти выходных результатов, блока визуализации, блока выбора неполноты разведки, которые между собою соединены информационными связями:

один информационный выход БВНР соединен с тремя информационными входами первого блока памяти;

из пяти информационных выходов коммутатора:

четыре соединены с четырьмя информационными входами первого блока памяти;

один соединен с одним информационным входом блока памяти, входящем в состав блока «Второй этап»;

четыре информационных выхода первого блока памяти соединены с четырьмя информационными входами арифметического блока;

четыре информационных выхода арифметического блока соединены с четырьмя информационными входами второго блока памяти;

четыре информационных выхода второго блока памяти соединены с четырьмя информационными входами арифметического блока;

из пятнадцати информационных выходов второго блока памяти:

восемь соединены с восемью информационными входами блока «Первый этап»;

три соединены с тремя информационными входами блока «Второй этап»;

четыре соединены с четырьмя информационными входами блока памяти выходных результатов;

из трех информационных выходов блока «Первый этап»:

два соединены с двумя информационными входами второго блока памяти;

один соединен с информационным входом блока управления;

внутри блока «Первый этап»:

информационный выход блока коэффициента боевого превосходства группировки А над группировкой B₁ соединен с первым информационным входом блока сравнения;

информационный выход блока коэффициента боевого превосходства группировки А над группировкой В₂ соединен со вторым информационным входом блока сравнения;

информационный выход блока «Второй этап» соединен с информационным входом блока управления;

внутри блока «Второй этап» информационный выход блока памяти для хранения значения определения окончания боя соединен с информационным входом блока сравнения;

один информационный выход блока памяти выходных результатов соединен с одним информационным входом блока визуализации.

Эффект от применения новой последовательности уничтожения продемонстрируем на примере.

Пусть исходные данные группировки А и противостоящих ей группировок B₁ и В₂ представлены в табл. 1 (ст. 2-7), где начальные коэффициенты боевого превосходства определяются по формуле

где i=1,2.

Известны устройства позволяющие подсчитать результаты следующих стратегий группового боя (ГБ):

стратегия одноэтапного группового боя (ОГБ), когда группировка А частью r₁M своих боевых средств ведет бой с группировкой В₁, а оставшейся частью (1-r₁)М БСр - с группировкой В₂. Бой заканчивается при условии одновременного уничтожения группировок B₁ и В₂.

стратегия S₁₂{A; B₁, В₂} (или S₂₁{A; В₂, B₁}) двухэтапного группового боя (ДГБ), при котором группировка А все боевые средства (БСр) на 1-м этапе направляет на группировку B₁ (или В₂) до ее уничтожения при условии одновременного боестолкновения с группировками B₁ и В₂, на втором этапе производит уничтожение оставшейся группировки В₂ (или B₁).

Под рациональной стратегией группировки А будем понимать стратегию, приводящую к наибольшему сохранению своих БСр при уничтожении группировок B₁ и В₂.

Динамика боя, учитывающая наличие и отсутствие у группировок информации о координатах БСр, описывается системой дифференциальных уравнений

при начальных условия m(0)=М, n₁(0)=N₁; n₂(0)=N₂, где

m(t) - изменение БСр группировки А;

n₁(t) - изменение БСр группировки В₁;

n₂(t) - изменение БСр группировки В₂;

μ_i, λ_i (i=1,2) - интенсивности поражающих выстрелов БСр группировки А (μ_i) по группировке B_i и группировки B_i (λ_i) по группировке А;

t_∞ - время окончания боя;

r₁, (0≤r₁≤1) - относительная величина, пропорциональная количеству БСр r₁⋅m(t), выделенных группировкой А на уничтожение группировки В₁;

(1-r₁) - относительная величина, пропорциональная количеству БСр (1-r₁)*m(t), выделенных группировкой А на уничтожение группировки В₂;

m(t)/M - отношение, учитывающее отсутствие у группировки А разведки о координатах БСр группировок B₁ и В₂ (при наличии разведки отношение равно 1);

n₁(i)/N₁ - отношение, учитывающее отсутствие у группировки B₁ разведки о координатах БСр группировки А (при наличии разведки отношение равно 1);

n₂(t)/N₂ - отношение, учитывающее отсутствие у группировки В₂ разведки о координатах БСр группировки А (при наличии разведки отношение равно 1).

Решение системы дифференциальных уравнений (1) с помощью метода Рунге-Кутта [8] для некоторого шага h и обозначения

запишется в виде

для группировки А

для группировки B₁

для группировки В₂

Продемонстрируем результаты боя полученные группировкой А при решении системы дифференциальных уравнений (1) в зависимости от выбранной стратегии и сценариев обеспечения разведданными противоборствующих группировок, сведенных в табл. 2 (ст. 4, стр. 1-12).

Выходными результатами боя являются остатки БСр M_К=m(t_∞) у группировки А и N_К=n₁(t_∞)+n₂(t_∞) у группировок B₁ и В₂ после завершения боя, приведены в таблице 2, (4-й столбец).

Текущие изменения БСр противоборствующих группировок показаны на графиках, фиг. 2, 3 и 4.

Аргументами, влияющими на результаты боя, являются:

стратегии: S₀, S₁₂ и S₂₁;

наличие (+) и отсутствие (-) у группировок противоборствующих сторон разведданных о координатах БСр.

Результаты боя (ст. 4, табл. 2) с применением стратегий S₀, S₁₂ и S₂₁ при различном обеспечении сторон разведкой (ст. 2 и 3, табл. 2) показывают, что

сценарий 1: группировка А побеждает при выборе любой стратегии с одинаковым результатом M_К(S₂₁)=M_К(S₁₂)=M_К(S₀)=42;

сценарий 2: группировка А побеждает во всех трех стратегиях: стратегия S₀ (стр. 6, табл. 2) является рациональной и по сравнению с выбором наихудшей стратегией S₂₁ (стр. 4, табл. 2) позволяет сохранить БСр группировке А на 9,5% больше;

сценарии 3 и 4: группировка А побеждает только при выборе одной стратегии (стр. 9, табл. 2), в остальных проигрывает (стр. 7, 8, 10-12, табл. 2).

Анализ результатов выбора стратегий в различных сценариях показывает, что применение указанных стратегий в сценариях 3 и 4 не приводит к победе в большинстве случаев, а значит, требует нахождения новых вариантов последовательного ведения боя и устройства для его расчета.

Предложенное авторами устройство расчета новой последовательности (стратегии S₀₀) ведет не только к уничтожению БСр группировок B₁ и В₂, но и к увеличению количества сохраненных БСр группировки А по сравнению с рассмотренными стратегиями при поочередном и одновременном уничтожении.

Суть вычисления новой последовательности уничтожения группировок (стратегии S₀₀) заключается в том, что на 1-м этапе группировка А ведет бой одновременно с обеими группировками B₁ и В₂ до выравнивания коэффициентов боевого превосходства (КБП)

Значения КБП в зависимости от времени t боя вычисляются по формулам:

На фиг. 2 и 3 показано, что функция k₁(t) пересекается с функцией k₂(t) в точке t=t^* наступает равенство КБП (2). Для примера взят сценарий 4, наихудший для группировки А. Полученные результаты сведены в систему

С момента времени t^*=3,13 осуществляем 2-й этап стратегии S₀₀ нанесения огня с распределением коэффициента огневого поражения r₁(t^*)=0,5, т.к. n₁(t^*)=n₂(t^*)=14 (см. формулу (4), фиг. 2 и 3),

Отметим, что на первом этапе коэффициент был r₁(0)=0,74. При выборе стратегии S₀₀ бой по сценарию 4 завершается победой стороны А. Количество сохранившихся БСр составляет M_к(S₀₀)=21 (стр. 4, табл. 3).

В табл. 3 приведены результаты боя при использовании стратегии S₀₀ для всех сценариев 1-4 (стр. 1-4). В сценарии 3 наблюдается превосходство над наилучшим результатом, получаемым при выборе стратегий S₀, S₁₂, S₂₁, а в сценарии 4 - достижение группировкой А победы над группировками B₁ и В₂ в отличии от поражений, получаемых при выборе стратегий S₀, S₁₂, S₂₁.

Чертеж «Двухэтапного моделирования одновременного боя с разнородными группировками противника» представлен на фиг. 1.

Устройство, состоящее из коммутатора 1, соединенного своими четырьмя выходами с четырьмя входами первого блока памяти (состоящий из блоков: 2 - блок памяти для хранения характеристик и информационном обеспечении группировки В₁, БП₁; 3 - блок памяти для хранения характеристик группировки А, БП₂; 4 - блок памяти для хранения характеристик группировки В₂, БП₃; 5 - блок памяти для хранения заданного шага, БП₄), отличающееся тем, что в него введены арифметический блок (6), второй блок памяти (состоящий из блоков: 7 - блок памяти для хранения текущих значений группировки В₁, 8 - блок памяти для хранения текущих значений группировки А, 9 - блок памяти для хранения текущих значений группировки В₂, 10 - блок памяти для хранения текущих значений t, БП_t), блок «Первый этап» (состоящий из блоков: 11 - блок вычисления коэффициента боевого превосходства группировки А над группировкой В₁; 12 - блок вычисления коэффициента боевого превосходства группировки А над группировкой В₂, 13 - блок сравнения значений коэффициента боевого превосходства группировки А над группировкой В₁ с коэффициентом боевого превосходства группировки А над группировкой В₂; 14 - блок вычисления коэффициента r₁ распределения боевых средств группировки А, выделенных на группировку В₁; БВКr₁; 15 - блок вычисления коэффициента r₂ распределения боевых средств группировки А, выделенных на группировку В₂, БВКr₂), блок «Второй этап» (состоящий из блоков: 16 - блок сравнения текущих значений БСр группировок A, B₁ и В₂ со значением определяющим окончание боя и 17 - блок памяти для хранения значения определяющего окончание боя, БП₅), блок памяти выходных результатов (18), блок визуализации (19), блок выбора неполноты разведки (20) и блок управления (21), соединенного через управляющие выходы со всеми управляющими входами коммутатора (1), четырьмя блоками (2, 3, 4 и 5), входящими в первый блок памяти, арифметического блока (6), четырьмя блоками (7, 8, 9 и 10), входящими во второй блок памяти, пятью блоками (11, 12, 13, 14 и 15), входящими в блок «Первый этап», двумя блоками (16 и 17), входящими в блок «Второй этап», блока памяти выходных результатов (18), блока визуализации (19), блока выбора неполноты разведки (20), которые между собою соединены информационными связями:

один информационный выход БВНР соединен с тремя информационными входами первого блока памяти (20-2, 20-3, 20-4);

из пяти информационных выходов коммутатора:

четыре соединены с четырьмя информационными входами первого блока памяти (1-2, 1-3, 1-4, 1-5);

один соединен с одним информационным входом блока памяти, входящем в состав блока «Второй этап» (1-17);

четыре информационных выхода первого блока памяти соединены с четырьмя информационными входами арифметического блока (2-6, 3-6, 4-6, 5-6);

четыре информационных выхода арифметического блока соединены с четырьмя информационными входами второго блока памяти (6-7, 6-8, 6-9, 6-10);

четыре информационных выхода второго блока памяти соединены с четырьмя информационными входами арифметического блока (7-6, 8-6, 9-6, 10-6);

из пятнадцати информационных выходов второго блока памяти:

восемь соединены с восемью информационными входами блока «Первый этап» (7-11, 7-14, 8-11, 8-12, 8-14, 8-15, 9-12, 9-15);

три соединены с тремя информационными входами блока «Второй этап» (7-16, 8-16, 9-16);

четыре соединены с четырьмя информационными входами блока памяти выходных результатов (7-18, 8-18, 9-18, 10-18);

из трех информационных выходов блока «Первый этап»:

два соединены с двумя информационными входами второго блока памяти (14-8, 15-8);

один соединен с информационным входом блока управления (13-21);

внутри блока «Первый этап»:

информационный выход блока коэффициента боевого превосходства группировки А над группировкой B₁ соединен с первым информационным входом блока сравнения (11-13);

информационный выход блока коэффициента боевого превосходства группировки А над группировкой В₂ соединен со вторым информационным входом блока сравнения (12-13);

информационный выход блока «Второй этап» соединен с информационным входом блока управления (16-21);

внутри блока «Второй этап» информационный выход блока памяти для хранения значения определения окончания боя соединен с информационным входом блока сравнения (17-16);

один информационный выход блока памяти выходных результатов соединен с одним информационным входом блока визуализации (18-19).

Устройство позволяет определять остаток БСр группировок A, B₁ и В₂ для боя группировки А одновременно с двумя группировками B₁ и В₂ с учетом сравнения коэффициентов распределения в условиях наличия или отсутствия информационного обеспечения противоборствующих группировок.

По управляющему сигналу с блока управления (21):

Подготовительный этап

1) исходные значения показателей БСр группировок A, B₁ и В₂, аналогично приведенным в таблице 1, а также данные по шагу h и значению определения окончания боя ν поступают на входы коммутатора 1 и подаются на четыре информативных входа первого блока памяти (2, 3, 4, 5) и информативный вход блока «Второй этап» (17);

2) передается информация по каналам 20-2, 20-3 и 20-4;

3) записывается в блоках памяти 2, 3, 4, 5 и 17 поступившая информация;

1 этап

4) передается информация по каналам 2-6, 3-6, 4-6 и 5-6;

5) вычисляются в блоке 6 текущие значения количества БСр группировок A, B₁ и В₂ и параметр t, учитывающий количество шагов h (формула 1а, 1б, 1в и 1г);

6) передается информация по каналам 6-7, 6-8, 6-9 и 6-10;

7) записывается в блоках памяти 7, 8, 9 и 10 поступившая информация;

8) передается информация по каналам 7-11, 8-11, 8-12, 9-12;

9) вычисляются в блоках 11 и 12 текущие значения коэффициентов боевого превосходства группировки А над группировкой B₁ и группировки А над группировкой В₂ (формула 3);

10) передается информация по каналам 11-13, 12-13;

11) сравниваются в блоке 13 текущие значения коэффициентов боевого превосходства группировки А над группировкой B₁ и группировки А над группировкой В₂;

12) передается информация по каналу 13-21;

в случае неравенства:

13) передается информация по каналам 7-6, 8-6, 9-6, 10-6;

14) переходим к пункту 5);

в случае равенства:

15) передается информация по каналам 7-14, 8-14, 8-15, 9-15;

16) вычисляются в блоках 14 и 15 коэффициенты r₁ и r₂ (формула 5);

17) передается информация по каналам 14-8, 15-8;

18) записываются в блок 8 уточненные коэффициенты r₁ и r₂;

2 этап:

19) передается информация по каналам 7-6, 8-6, 9-6, 10-6;

20) вычисляются в блоке 6 текущие значения количества БСр группировок A, B₁ и В₂ и параметр t, учитывающий количество шагов h (формула 1а, 1б, 1в и 1г);

21) передается информация по каналам 6-7, 6-8, 6-9, 6-10;

22) записывается в блоках памяти 7, 8, 9 и 10 поступившая информация;

23) передается информация по каналам 7-16, 8-16, 9-16,17-16;

24) сравниваются в блоке 16 текущие значения количества БСр группировок А (7), B₁(8) и В₂(9) со значением определения окончания боя (17);

25) передается информация по каналу 16-21;

в случае неравенства:

26) переходим к пункту 19);

в случае равенства:

27) передается информация по каналам 7-18, 8-18, 9-18, 10-18;

28) записывается в блоке памяти 18 поступившая информация;

29) передается информация по каналу 18-19;

30) выводятся полученные результаты в блоке 19.

Вывод результата является выходом всего устройства.

Предлагаемое авторами устройство приводит не только к поражению двух группировок, но и к увеличению количества сохранившихся БСр по сравнению с расчетами устройств стратегий поочередного и одновременного уничтожения.

Итак, предложенное устройство позволяет получить заявленный технический результат двухэтапного моделирования одновременного боя с разнородными группировками.

Решение авторами примеров для группировок с различными исходными данными выявило:

- возможность управлять исходом боя, не прибегая к разработке новых БСр, что дорого и долговременно, не используя количественного их наращивания, что не всегда возможно и всегда не оперативно;

- необходимость моделирования различного вида разнородности, их грамотного учета с умением выбора разработанной стратегии позволяет в кратчайшее время достичь наивысших уровней боевой эффективности.

Реализовать предлагаемое устройство возможно, на первом этапе, с помощью ЭВМ для АСУ военного назначения, на втором, - в виде запрограммированного прибора.

Использованные источники

1. Вентцель Е.С. Введение в исследование операций. - М.: Сов. Радио, 1964, 391 с.

2. Абчук В.А., Матвейчук Ф.А., Томашевский Л.П. Уравнения динамики боя / Справочник по исследованию операций. - М.: Военное изд-во министерства Обороны СССР, 1979, с. 322-325.

3. Иванов П.И. и др. Основы и применение методов прикладной математики в военном деле. - Монино: ВВА им. Ю.А. Гагарина, 1991. С. 186-224.

4. Иванилов В.Ю., Огарышев В.Ф., Павловский Ю.Н., Имитация конфликтов. - М: ВЦ РАН, 1993, 196 с.

5. Жиров А.Ю. Военно-прикладная математика. Вероятностные основы оценки эффективности боевых и обеспечивающих действий авиации. - Монино: ВВА им. Ю.А. Гагарина, 2004. С. 80-118.

6. Черноскутов А.И., Ситкевич А.В. и др. Способ и устройство выбора рациональной стратегии в боевых действиях группировок сторон с однородными боевыми средствами. Патент №2 571613, G06F 17/00.

7. Черноскутов А.И., Спренгель А.В., Ситкевич А.В. Способ и устройство обработки информации, используемые для выбора рациональных стратегий в боевых действиях разнородных группировок. Патент №2 602395 G06F, 17/00, 17/13,G06Q 10/06.

8. Демидович Б.П. и др. Численные методы анализа приближение функций, дифференциальное и интегральное уравнения, 1967. С. 151-156.