Оптимизация применения гидроакустических средств в условиях пространственно-временной изменчивости среды

Конкретизируются существующие методические подходы к практическому использованию океанологических данных в интересах организации применения гидроакустических средств при ведении поиска районах, характеризующихся высокой изменчивостью среды. На основе анализа публикаций, посвященных описанию систем оперативной океанологии, сформированы количественные характеристики их выходных параметров, являющихся исходными данными для решения задач оптимизации применения гидроакустических средств. Сформулирована общая постановка задачи оптимального управления гидроакустическими средствами в условиях пространственно-временной изменчивости среды. Приведено решение задачи оптимального управления с использованием метода районирования и математического аппарата теории поиска. Показана роль и место систем гидроакустических расчетов при решении задачи оптимизации. В качестве методического подхода предложено использование объема зон наблюдения как универсального параметра, характеризующего интегральную оценку влияния среды, параметров и режимов работы гидроакустических средств на их возможности. Приведен пример, иллюстрирующий методические подходы к оптимизации применения гидроакустических средств при решении задачи поиска подвижным наблюдателем в океанском районе с высокой пространственно-временной изменчивостью. Сделаны выводы о возможности распространения приведенных в статье методических подходов на решение задачи оптимизации применения гидроакустических средств группы подвижных наблюдателей, а также на решение задачи оптимизации скрытности действий наблюдателя в условиях пространственно-временной изменчивости среды. В заключении приводятся рекомендации по построению программных и программно-аппаратных средств, обеспечивающих решение прикладных задач, использующих данные оперативной океанологии.

1. Машошин А.И. Оперативная океанология в интересах применения гидроакустических средств ВМФ // Морская радиоэлектроника. 2020. № 4(74). С. 2—4.

2. Коваленко В.В. Информационно-управляющие системы в задачах подводного наблюдения и обеспечения скрытности объектов // Информационно-управляющие морские системы. 2019. № 1(15). С. 10—25.

3. Коваленко В.В. Океанологическое обеспечение распределенных систем подводного наблюдения // Информационно-управляющие морские системы. 2016. № 2(10). С. 68—79.

4. Семенов Е.В. Состояние и развитие гидродинамических моделей в интересах ВМФ. М. : ИО РАН, 2008. 32 с.

5. Семенов Е.В. Состояние и развитие гидродинамических моделей океана // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2008. № 1. С. 48—62.

6. Реснянский Ю.Д., Зеленько А.А. Развитие моделей и методов анализа данных наблюдений для мониторинга и прогнозирования крупномасштабных процессов в океане // Сб. статей 80 лет Гидрометцентру России. М. : Триада, 2010. С. 350—375.

7. Ашик И.М. Численные расчеты и прогнозы колебаний уровня, течений и дрейфа льда на шельфе морей Западного сектора Арктики // Навигация и гидрография. 1997. № 4. С. 85—94.

8. Григорьев А.В., Кубряков В.А., Чариков И.В., Зацепин А.Г. Численное моделирование динамики вод Российской зоны Черного моря // Тр. Международной конференции «Потоки и структуры в жидкостях: физика геосфер». Владивосток, 2011. С. 271—274.

9. Корчагин Н.Н., Монин А.С. Мезоокеанология. М. : Институт океанологии им. П.П. Ширшова, 2004. 176 с.

10. Metzger E.J., Smedstad O.M., Thoppil P.G. et al. US Navy operational global ocean and Arctic ice prediction systems // Oceanography. 2014. V. 27(3). P. 32—43. doi: 10.5670/oceanog.2014.66

11. Rowley C., Mask A. Regional and coastal prediction with the Relocatable Ocean Nowcast/Forecast System // Oceanography. 2014. V. 27(3). P. 44—55. doi: 10.5670/oceanog.2014.67

12. Peloquin R.A. The Navy ocean modeling and prediction program – from research to operations: an overview // Oceanography. 1992. V. 5(1). P. 4—8.

13. Burnett W., Harper S., Preller R., Jacobs G., LaCroix K. Overview of operational ocean forecasting in the US Navy: past, present, and future // Oceanography. 2014. V. 27(3). P. 24—31. doi: 10.5670/oceanog.2014.65

14. Машошин А.И. Задачи, решаемые системой гидроакустических расчетов // Морская радиоэлектроника. 2015. № 2(52). С. 40—45.

15. Wenyu Cai, Meiyan Zhang, Yahong Rosa Zheng. Task assignment and path planning for multiple autonomous underwater vehicles using 3D dubins curves // Sensors. 2017. N17 (7), 1607. doi: 10.3390/s17071607

16. Yiheng Wang, Yahong Rosa Zheng. 3-Dimensional path planning for autonomous underwater vehicle // Proc. Ocean’s. 2018. IEEE/MTS. P. 1—6. doi: 10.1109/OCEANS.2018.8604783

17. Chandler H.A., Alfonso K.J. GRASP: an object-oriented approach to sonar performance modelling and tactical ASW search planning // Proc. IEEE/MTS Ocean’s 2002 Conference. doi: 10.1109/OCEANS.2002.1191851

18. Беленький А.С. Исследование операций в транспортных системах: идеи и схемы методов оптимизации планирования. М. : Мир, 1992. 582 c.

19. Тарасян В.С., Полушкин А.Я. Оптимизация пути в неоднородной среде // Фундаментальные исследования. 2017. № 10—2. C. 296—300.

20. Koopman В.О. Theory of search: 3. The optimum distribution of searching efforts // Operation Research. 1956. V. 4, N 5.

21. Хеллман O. Введение в теорию оптимального поиска. М. : Наука, 1985. 245 с.

22. Ermolaev V., Potapichev S. Geoinformational support of search efforts distribution in changing environmental conditions // Proc. IF&GIS’2017. Shanghai, 2017. P. 153—164.

23. Динер И.Я. Исследование операций. Л. : ВМОЛУА, 1969. 605 с.

24. Марасев С.В., Машошин А.И. Система гидроакустических расчетов гидроакустического комплекса подводной лодки // Тр. конф. УМАС-2014. СПб. : ОАО «Концерн «Электроприбор», 2014. С. 37—43.

25. Авилов К.В. Псевдодифференциальные параболические уравнения распространения звука в океане, плавно неоднородном по горизонтали, и их численное решение // Акустический журнал. 1995. Т. 41, вып. 1. С. 5—12.

26. Avilov K., Popovich V., Ermolaev V., Leontiev Y., Zinyakov Y., Korolenko K., Popov O. Sound propagation modeling on intelligent GIS base // Proc. UAM-2009. Naflion Greece, 2009. P. 22—27.

27. Попович В.В., Ермолаев В.И., Леонтьев Ю.Б., Смирнова О.В. Моделирование гидроакустических полей на основе интеллектуальной геоинформационой системы // Искусственный интеллект и принятие решений. 2009. № 4. С. 37—44.

28. Popovich V., Leontiev Y., Ermolaev V., Chirov D., Smirnova O. 3D+t acoustic fields modelling based on intelligent GIS // Coordinates. 2015. N 2. P. 18—22.

29. Интеллектуальные географические информационные системы для мониторинга морской обстановки / Под общ. ред. чл.- кор. РАН Р.М. Юсупова и д-ра техн. наук В.В. Поповича. СПб. : Наука, 2013. 283 с.