Підхід до вибору методу глобальної оптимізації вирішальної функції для кореляційно-екстремальних систем наведення літальних апаратів

Анотація

Відомо, що основою роботи найбільш затребуваної на теперішній час кореляційно-екстремальної системи наведення літальних апаратів є визначення взаємо-кореляційної функції під час накладення (порівняння) еталонного та поточного зображень у спеціальні обчислювачі для подальшого визначення екстремуму функціоналу, що є необхідним для визначення координат літального апарату. Проте саме пошук екстремального значення функції порівняння становить найбільшу обчислювальну складність (час пошуку глобального екстремуму може сягати 70% від часу на всю роботу кореляційно-екстремальної системи наведення літальних апаратів). В сучасних умовах необхідно скорочувати час роботи таких систем на етапі наведення літальних апаратів. Ці вимоги стають ще жорсткішими в умовах зростання кількості елементів поточних зображень, що впливає на роздільну здатність системи. На теперішній час відомий достатньо розвинений математичний апарат для пошуку як глобального, так і локальних екстремумів багатокритеріальних функцій. Проте не існує універсальних алгоритмів пошуку глобального екстремуму для усіх типів датчиків зовнішньої інформації систем наведення літальних апаратів. Метою статті є розроблення, на підставі порівняння існуючих методів оптимізації, алгоритму (методики) вибору методу глобальної оптимізації вирішальної функції для кореляційно-екстремальних систем наведення літальних апаратів з урахуванням умов і обмежень щодо виконуваних ними завдань. Серед відомих математичних методів глобальної і локальної оптимізації немає однозначно задовільних, з погляду на їх обчислювальну ефективність, для пошуку безумовного глобального екстремуму. Часто задача зводиться лише до визначення одного із можливих локальних мінімумів, а зростання розмірності задачі вимагає значних обчислювальних ресурсів. Недоліком відомих детермінованих і стохастичних методів є те, що вони не гарантують збіжності результатів, а також успішний пошук глобального екстремуму, адже багато умов і складнощів змушують зупиняти алгоритм за умов отримання приблизних точок, наближеної до оптимальної. У статті запропоновано показники ефективності, які доцільно використовувати під час обрання конкретного методу пошуку глобального екстремуму, зокрема – імовірність знаходження глобального екстремуму та кількість звернень до вирішальної функції. Наведено підхід до вибору методу пошуку глобального екстремуму, який може бути застосований під час розроблення алгоритмів функціонування систем наведення літальних апаратів. Цей підхід дає змогу дослідити та (або) удосконалити обрані методи глобальної оптимізації, здійснювати порівняння обраних методів завдяки отриманої у роботі якісної характеристики відповідності методу заданим показникам ефективності – імовірності знайдення глобального екстремуму та кількості звернень до вирішальної функції. Наукова новизна полягає у сформованому підході вибору методу глобальної оптимізації вирішальної функції для кореляційно-екстремальних систем наведення літальних апаратів, а також у запропонованій характеристиці відповідності, яку доцільно використовувати під час обрання методів оптимізації. Ця характеристика є ключовою для оцінювання ступеня відповідності обраних методів глобальної оптимізації заданим показникам ефективності з урахуванням відповідних умов функціонування конкретної системи наведення літальних апаратів. Практичне значення отриманих результатів полягає в можливості підвищення ефективності функціонування кореляційно-екстремальної системи наведення літальних апаратів, зокрема, їх швидкодії і точності наведення на ціль завдяки підвищенню можливості обрання найбільш доцільного методу глобальної та локальної оптимізації. Подальші дослідження будуть присвячені оцінюванню інваріантності відібраних за допомогою висвітленого підходу методів оптимізації в умовах впливу різних видів завад і можливих викривлень зображень.