Диссертация (Разработка функционально-программного прототипа индивидуально-адаптированной системы поддержки управляющих действий пилота на этапе посадки с использованием нейросетевого подхода)

ОглавлениеОГЛАВЛЕНИЕ ................................................................................................................................................ 2ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................................................... 3КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.................................................................................

5ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМПОДДЕРЖКИ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА. ПОСТАНОВКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ .................. 161.1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ПОДХОДОВ К РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА............ 181.2. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛЕТЧИКА .... 251.3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.....................................................................................................................................

34ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1. ............................................................................................................................................... 37ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОАДАПТИРОВАННЫХ МОДЕЛЕЙ ЛЕТЧИКОВ В ИНТЕРЕСАХ КОНТРОЛЯ И ПОДДЕРЖКИ ИХУПРАВЛЯЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПОСАДОЧНЫХ РЕЖИМОВ ................. 392.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «САМОЛЕТ-ЛЕТЧИК» ПРИ ВЫПОЛНЕНИИПОСАДОЧНЫХ РЕЖИМОВ .................................................................................................................................

392.2. МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОСАДОЧНЫХ РЕЖИМОВ НААППАРАТНО-ПРОГРАММНОМ СИМУЛЯТОРЕ САМОЛЕТА МИГ-АТ .............................................................. 512.3. РЕЗУЛЬТАТЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРАЕКТОРИЙ ПОСАДКИ, ВЫПОЛНЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИЛЕТЧИКАМИ ...................................................................................................................................................... 582.4. СТРУКТУРА ИНДИВИДУАЛЬНО-АДАПТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА .........

68ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2 ................................................................................................................................................ 71ГЛАВА 3. ИНДИВИДУАЛЬНО-АДАПТИРОВАННАЯ НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ЭРГАТИЧЕСКОЙСИСТЕМЫ «САМОЛЕТ-ЛЕТЧИК» КАК ФОРМАЛИЗОВАННАЯ ОСНОВА КОНТРОЛЯ ИПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТИПОВЫХПОЛЕТНЫХ РЕЖИМОВ ....................................................................................................................... 733.1 ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА НА ОСНОВЕ АППАРАТА ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ 743.2.

АЛГОРИТМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РЕКОМЕНДАЦИЙ ЛЕТЧИКУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДИВИДУАЛЬНОАДАПТИРОВАННОЙ НЕЙРОСЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ................................................................................................ 83ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3 ................................................................................................................................................ 90ГЛАВА 4.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНДИВИДУАЛЬНО-АДАПТИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ИПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА НА ОСНОВЕ НЕЙРОСЕТЕВОЙ МОДЕЛИ СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО СИМУЛЯТОРА САМОЛЕТА МИГ-АТ924.1 НЕЙРОСЕТЕВЫЕ МОДЕЛИ УПРАВЛЯЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА ................................................................ 924.2 АРХИТЕКТУРА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ПРОГРАММНОГО ПРОТОТИПА ИНДИВИДУАЛЬНО-АДАПТИРОВАННОЙПОДДЕРЖКИ ДЕЙСТВИЙ ЛЕТЧИКА НА ЭТАПЕ ПОСАДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОСЕТЕВОЙ МОЛЕЛИ1044.3 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФПП ИНДИВИДУАЛЬНО-АДАПТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПИЛОТА...........................................................................................................................................................................

107ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4 .............................................................................................................................................. 110ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................................................... 112СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ......................................................................................................................... 1152ВведениеДиссертационная работа затрагивает одно из актуальных направленийсовременных исследований в области создания комплексов бортового оборудованиясовременных летательных аппаратов (ЛА), связанных с разработкой систем,реализующих функции интеллектуальной поддержки действий летчика. Внедрение всостав бортового оборудования систем интеллектуальной поддержки является однимиз перспективных подходов к решению задач повышения уровня безопасностиполетов и эффективности эксплуатации авиационной техники.На сегодняшний день доля авиационных происшествий и катастроф, вызванныхошибочными действиями летного состава, до сих пор остается недопустимо высокой.В перспективе влияние человеческого фактора на безопасность полетов будет тольковозрастать,посколькуразвитиеавиационнойтехники,совершенствованиединамических характеристик ЛА и расширение спектра решаемых с ихиспользованием задач неминуемо приведет к тому, что летчик будет вынужденпрактически мгновенно оценивать обстановку и осуществлять соответствующиеуправляющие действия, что вызовет рост его информационной загруженности.

Такжепри рассмотрении данной проблемы следует принять во внимание тот факт, что,несмотря на очевидный прогресс в области совершенствования средств бортовойиндикации и использование более совершенных систем объективного контроля,реализующих информационную поддержку экипажа, их использование не приводитк адекватному этим усилиям снижению числа авиационных происшествий икатастроф,вызванныхчеловеческимфактором,чтоподтверждаетанализмноголетних статистических данных [1]. В связи с этим проблема разработкиавиационныхсистем,обеспечивающихподдержкудействийлетчикаиспособствующих снижению его информационной нагрузки как при выполнениятиповых полетных режимов, так и в нештатных ситуациях, остается на сегодняшнийдень одной из актуальных проблем создания перспективных образцов авиационнойтехники.Одной из основных функций системы поддержки действий летчика являетсявыработка на основе анализа текущей полетной ситуации и особенностей решаемойцелевой задачи рекомендаций, направленных на стимулирование летчика к3реализации таких управляющих действий, которые бы позволили обеспечитьуспешное решение текущей целевой задачи.

При этом одним из основныхтребований, предъявляемых к таким рекомендациям, является их реализуемость, тоестьвозможностьосуществлениялетчикомуправляющихдействий,соответствующих выдаваемой рекомендации.В контексте сформулированного требования необходимо принимать вовнимание, что реализуемость зависит не только от самих рекомендаций, но также иот опыта и квалификации летчика, его индивидуальных особенностей восприятияполётной ситуации и манеры управления самолётом. Возможность выработки такихрекомендаций предполагает наличие в структуре бортовой системы поддержкилетчика элемента, обеспечивающего решение параллельно с летчиком комплексаподзадач, направленных на решение целевой задачи полета или отдельного полетногорежима. Подобный элемент выступает в качестве своеобразного «электронногоинструктора»,составляющегоинтеллектуальнуюформализованнуюосновуконтроля, а в случае необходимости, и коррекции управляющих действий летчика.При этом решения, формируемые таким «электронным инструктором», по своейструктуре должны быть подобны действиям летчика.

Данное обстоятельство являетсяпричиной необходимости реализации в составе системы поддержки математическоймодели, описывающей действия летчика при управлении самолетом.Необходимо заметить, что разработка математических моделей деятельностилетчика, как основного управляющего звена замкнутой эргатической системы«самолет-лётчик»,по-прежнемуостаетсяоднойизсложнейшихпроблемсовременной психофизиологии и инженерной медицины. Кроме того, как будетпоказано далее, задача поддержки действий летчика имеет ряд особенностей, нетолькозатрудняющихиспользованиесуществующихиразработкуновыхконструктивных моделей его деятельности, но и требующих решения рада другихвопросов, связанных с использованием таких моделей для обеспечения функцийподдержки.

Решению данной проблемы посвящена настоящая диссертационнаяработа.4Краткая характеристика диссертационной работыАнализ состояния и тенденций развития бортового оборудования современныхЛА показывает, что на сегодняшний день существуют различные подходы к решениюзадачи поддержки действий пилота. Одним из активно развиваемых направлений вданной области является разработка и внедрение систем индикации на основетехнологии «дополненной реальности», основной функцией которых являетсяизменение информационного поля летчика путем качественного и количественногорасширения возможностей сенсорной системы человека-оператора.

К системамданного класса в первую очередь следует отнести системы нашлемной индикации,системы «улучшенного видения», системы реализующие речевой командныйинтерфейс. Другим важным направлением является внедрение в состав бортовогооборудования информационно-советующих систем поддержки летчика. Функцииподдержки в таких системах реализуются путем выдачи рекомендаций летчику,формируемых на основе анализа текущей полетной ситуации с учетом априорнойинформации различного рода, например, требований руководств по лётнойэксплуатации, наборов решающих правил и прецедентов, моделей поведения пилота.Однако, несмотря на наличие существенного теоретического и практического заделав области разработки систем поддержки действий летчика, существует рядособенностей процесса пилотирования самолета, а также предшествующего емупроцесса формирования таких навыков, позволяющий говорить о том, что потенциалсистем данного класса до сих пор остается реализованным не в полной мере.

Однойизтакихособенностейявляетсяналичиеразличийвпараметрахпсихофизиологических реакций и особенностях восприятия и интерпретацииполетной ситуации конкретного летчика, что проявляется в наличии характернойманеры пилотирования. При этом такие особенности являются тем фактором, учетвлияния которого играет важную роль на всех этапах процесса формированиярекомендаций летчику, начиная от выработки решающих правил или моделей егодействий и заканчивая разработкой средств выдачи таких рекомендаций пилоту.Иными словами, этот фактор необходимо учитывать в контексте разработки системподдержки в целом, а не только в контексте разработки отдельных входящих в еесостав модулей и алгоритмов. Таким образом применение подходов, не5предполагающих учет таких индивидуальных особенностей летчика, сталкивается ссущественными проблемами, снижающими эффективность их применения целом,что, как говорилось ранее, не позволяет добиться существенного сниженияколичества авиационных происшествий и повысить уровень безопасности полетов.С учетом вышеизложенного целью диссертационной работы являетсяповышение безопасности полетов путем разработки функционально-программногопрототипа индивидуально-адаптированной системы поддержки управляющихдействий пилота.