ניקולאי קוחליק: מגישים

עמית שחם

ד”ר מוניק אטל פינקמנחה:

2012אביב סמסטר:

תעדוף מטרות למערכת גע"ש

עניינים תוכן

•. " ש הגע ומערכת הפרוייקט מטרות הצגת

•. המנגנונים – שיפורי טקטיים שיפורים

•. התעדוף אופטימיזציית

•. ומסקנות תוצאות

•. להמשך עבודה הצעות

הפרוייקט מטרות

מטרת הפרויקט היא לפתח סימולציה מפושטת של מערכת נשק •בעלת יכולת העסקה של מספר מטרות בו זמנית על מנת לבדוק מנגון תעדוף מטרות בשלבים השונים של העסקה מול מספר תרחישי בוחן.

. בנוסף ניתן לשנות את MATLABהסימולציה ממומשת בעזרת •פרמטרי המערכת על מנת לבדוק את השפעתם.

" ש גע מערכות(, תהליך ההעסקה של מטרה מתבצע באופן שיגור עקיבה גילויבמערכת נשק מסוג גע''ש )•

הבא:

– מכ"ם שסורק את המרחב ע''מ לגלות מטרות. המכ''ם ( Searchגילוי ע''י מכ"ם גילוי )•יכול לתחזק מספר מטרות בו זמנית, לצורך כך הוא מבצע סיבוב שלם כל פרק זמן מוגדר

ומביא נתונים בסוף הסיבוב.

העברה דרך מנגנון תעדוף מטרות המסדר את המטרות לפי מידת האיום של המטרה. •

( Trackמכ''ם העקיבה )•

המכ"ם מקבל את המטרות שסומנו ע"י מכ"ם החיפוש. •

מתבצע תעדוף נוסף הלוקח בחשבון את מידת האיום של המטרה ואת יכולת המכ''ם •להעסיק מטרה חדשה בהינתן: טילים באוויר, מגבלת שדה ראיה של המכ''ם ויכולת

צידוד מכ''ם העקיבה.

כאשר תנאים אלה מתקיימים מתבצעת רכישת המטרה ע''י מכ''ם העקיבה.•

תפקידו לעקוב אחר מטרות ולהנחות אליהן טיל.•

– כאשר המטרה נמצאת בתחום בו הטילים יכולים ליירט אותה, טיל משוגר לעברה.שיגור •

עבור מערכות המעסיקות מספר מטרות בו''ז, מנגנון תעדוף המטרות הינו אחד •המנגנונים החשובים של המערכת, כי הוא קובע את סדר העסקתם של המטרות

הבאות לתקוף את הגע''ש.

מושגים מילון

•HQ.איזור ההגנה שעבור הגנתו הוצבה מערכת הגע"ש –

במטרה לפגוע בו.HQמטרות – פלטפורמות שטסות לכיוון ה •

טילים – הטילים שאנו משגרים על מנת ליירט את המטרות.•

פונקציית התעדוף – פונקצייה שמקבלת את נתוני המטרות •וקובעת מספר )אי שלילי( לכל מטרה שמתאר את מידת האיום

שמטרה זו מהווה.

פונקציית מחיר – פרמטר לקביעת ההצלחה של המערכת לדוג' •סיכויי להצלחה, מרחק מינימאלי למערכת, זמן שנדרש או יחס

כמות הטילים ששוגרו לכמות המטרות שהופלו )בדומה לפונקציות מחיר המוכרות בתחומי האופטימיזציה(.

. בסימולציה מודליםמטרות:•

מספר משתנה של מטרות.•

מסלולים מתחילים מחוץ לטווח "הראייה" של מכ"ם החיפוש.•

בעלות מסלול אקראי )לא כתגובה לאירועים בתרחיש( ומפותל אל הגע"ש או איזור •ההגנה.

מפולגים לתוך תחום זוויתי גדול קצת משדה ראיה של המכ''ם עקיבה.•

הם אקראיים והמטרות לא משפיעות אחת על השניה.HQהמסלולים וזמני ההגעה ל- •

סוגי מטרות:2ישנם •

מכלל המטרות(50%סוג א' )•

.Vtargetsבעלות מהירות ממוצעת של •

בעלות יכולת תמרון טובה ומסלולן פתלתל.•

מכלל המטרות(50%סוג ב' )•

.Vtargets/2בעלות מהירות ממוצעת של •

בעלות יכולת תמרון נמוכה ומסלולן די ישיר למטרה.•

בסימולציה .מודלים

מכ"ם החיפוש:•

search_periodמבצע סיבוב שלם ומעדכן מידע כל •

מטרות לכל היותר.N_search_maxמוגבל לטיפול ב •

)ק"מ(.R_search_maxבעל טווח של •

מכ"מ העקיבה:•

)מעלות(.FOVבעל זווית ראייה של •

מטרות מקסימום.N_track_max מוגבל לטיפול ב •

)ק"מ(.R_track_max בעל טווח של •

מורכב על פדסטל בעל תנועה אופקית.•

מנחה את הטילים )במקרה של יציאת מטרה מעקיבה בזמן שטיל מונחה לעברו, •הטיל נאבד – השמדה עצמית ע"י יזימת הרש"ק(.

שני המכ''מים עוקבים אחרי מטרות בודאות מוחלטת )בסימולציה שלנו(.•

בסימולציה .מודלים

טילי קרקע-אוויר:•

טילים עבור מערכת.N_missiles מוגבל ל-•

)ק"מ(.R_missile_max בעל טווח פגיעה של •

שניות מרגע כניסת המטרה לעקיבה עד lock2launch_timeנדרשות •שהיא זמינה עבור שיגור.

שניות בין שיגור טיל למשנהו.t_waitנדרשות •

.Vmissileבעל מהירות מקסימלית של •

הטיל מגיב באופן מיידי לפקודה.•

(.SLSמשוגרים טיל יחיד בו זמנית לעבר כל מטרה )•

טילים באוויר.max_missiles_airמקסימום •

פרופיל התסברות הרג ומהירות הטיל הינם פונקציה של מרחקם מהגע''ש •ברגע הפגיעה.

PANTSIR S1 (SA-22)

FOV = 90 degR_search_max = 36 kmR_track_max = 28 kmR_missile_max = 20 kmN_search_max = 20N_track_max = 4N_missiles = 12max_missiles_air = 4search_period = 1.5secVtargets = 0.4 km/sVmissile = 1.3 km/s lock2launch_time = 4sect_wait = 4sec

התוכנה שיצרנו יכולה לקבל פרמטרים כדי למדל כל מערכת גע"ש שישנה. על מנת לקבל Pantsir-S1 או בשמה הרוסי SA-22תוצאות רלוונטיות למציאות, הנחנו שהמערכת היא

הגראפי המודל של הסבר

התחום הירוקטווח מכ"מ החיפוש המקסימלי נתון על ידי •

מסמל רענון של המידע לתוך מכ"ם החיפושהקרו הירוקה כל סיבוב שלם של •

התחום האדוםטווח מכ"ם העקיבה וזווית הפריסה שלו נתונים ע"י •

התחום הכחולטווח הטילים המקסימלי שאליו יכולים להגיע הטילים נתון ע"י •

נתון ע"י סמלון של בית שחור HQה •

המערכת )גע"ש( ממוקמת בראשית הצירים•

מטרות שטרם נמצאו ע"י מכ"ם החיפוש, בלתי נראות ואינן מוצגות על פני הגרף.•

מטרות שנמצאו ע"י מכ"ם החיפוש אך לא הועברו לטיפול ע"י מכ"ם העקיבה •מסומלות ע"י סמלון ירוק

מטרות שהועברו לטיפול ע"י מכ"ם העקיבה מסומלות ע"י סמלון אדום•

טילים מסומנים ע"י סמלון כחול•

הדגמה .סרטון

עבור התרחיש הזה, מדובר בניצחון של

המערכת אל מולההתקפה.

זאת מכיוון שהצלחנו לחסל

את כל הפלטפורמותלפני שהן הצליחו

להשמיד אתהמערכת.

. המודלים של התנהגותV1.0

פונקציית העדיפות הבסיסית פרופורציונלית למרחק של כל מטרה מראשית הצירים.•

זוית אליה פונה מכ"ם העקיבה, נקבעת לפי המטרה עם העדיפות הכי גבוהה.•

טילים שמבצעים רדיפת כלב אל הנקודה שבה נמצאת המטרה.•

V2.0

נוספו פונקציות עדיפות חדשות•

•ETAtoHQ

•ETAtoSys

•RtoHQ

נוספה עדיפות על מטרות ששוגר לעברם טיל )סגירת מעגל בקרה(•

Lead Pursuitהטילים מבצעים •

. המודלים של התנהגותV3.0

חישוב זווית האזימוט אליה מסתובב המכ"ם כעת מחושבת ע"י מתן פונקציית עדיפות לכל •זווית כמתואר בנוסחה:

ההגיון מאחורי תעדוף הזווית הינו להתמקד בצברים מאיימים של מטרות.

הם FOV ואם נקודת הפגיעה המשוערת היא מחוץ ל Lead Pursuitהטילים מבצעים •.FOV( על מנת לא לצאת מחוץ ל Pure Pursuitעוברים לרדיפת כלב )

הטילים משוגרים ב"שיגור מוקדם" – כאשר חישוב נקודת הפגיעה המשוערת של הטיל היא • מהגע"ש מתבצע שיגור )במקום שיגור רגיל שבו השיגור 0.9R_missile_maxבמרחק

(.R_missile_maxמתבצע כאשר המטרה נכנסת לטווח השיגור –

CROSS ENTROPY אופטימיזציה –זוהי השיטה שהשתמשנו בה למציאת מקדמי התיעדוף האופטימליים.•

)נקודת ברך(.10השתמשנו בה עבור מספר קבוע של מטרות אויב – •

זהו אלגוריתם המשמש ללמידה, הוא מתבסס על התמקדות סביב מאורעות נדירים •)במקרה שלנו – שיעורי הצלחה מקסימליים( בשיטת מונטה קרלו: אלגוריתמים

חישוביים מבוססים מספרים אקראיים ששימושיים לפתרון מערכות שאין להם פתרון מתמטי מדוייק.

זוהי שיטה איטרטיבית שמשפרת את פונקציית המחיר בכל איטרציה ומתכנסת •למקדמים האופטימליים במספר מינמלי של איטרציות.

Reuven Rubinstein

)מטריצת הקווריאנס אלכסונית(. עם וקטור צפיפות הסתברותt>0באיטרציה •

( וקטורי מקדמים עם הפילוג הנ"ל, הרצנו לכל 330 )במקרה הזה Nsetsהגרלנו •( סימולציות וחישבנו מהן את 200 )במקרה שלנו Nexperimentsוקטור מקדמים

שיעורי ההצלחות:

במקרה שלנוNchosen( 3)מתוך כל וקטורי המקדמים בחרנו את •

הוקטורים Nsetsהוקטורים הנותנים את שיעורי ההצלחה הגבוהים ביותר מבין שהגרלנו.

חישבנו את הפרמטרים לאיטרציה הבאה:•

( וקטורי 1000 )במקרה שלנו Nsets0( הגרלנו בצורה אחידה t=0הערה: תחילה )•מקדמים על פני כל מרחב המקדמים, חישבנו לכל סט את הסתברות ההצלחה. בחרנו

( המקדמים בעלי שיעור ההצלחה הגבוה וחישבנו לפי 3 )במקרה שלנו Nchosen0את הנוסחאות לעיל את הפרמטרים לאיטרציה הבאה.

,1

1

chosenN

i ti

tchosen

C

N

2 1 11

( ) ( )

| |

Ti I i t i t

t

w w

I

2~ ( , )t t tf N

1, ,( ),.., ( )setst N tS C S C

setschosen NN

Reuven Rubinstein

CROSS ENTROPY אופטימיזציה –

במספר בתלות המשקל ערכי של התכנסותהאיטרציה

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7CE chosen coefficients as a function of iteration

Iteration no.

Coe

ffic

ient

s va

lue

HQ

sysETAHQ

ETAsys

האיטרציה במספר בתלות ההצלחה אחוזי

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50.69

0.7

0.71

0.72

0.73

0.74

0.75CE average winrates for Nchosen coefficients as a function of iteration

Iteration no.

Ave

rage

win

rate

תוצאות

השונות הגרסאות של ההצלחות שיעורי

0 2 4 6 8 10 120

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Winrates for different versions

Number of targets

Win

rate

V1

V2

V3V3ETAsys

V3.5

הגרסאות עבור ששוגר ממוצע טילים מספר) מנצחים ) תרחישים השונות

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12Average Missile launches for different versions only in winning situations

Number of targets

Ave

rage

mis

sile

laun

ches

V1V2

V3

V3ETAsys

V3.5ideal

שונים תיעדופים עבור הצלחות שיעורי

slow

0 2 4 6 8 10 120.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Winrates for different prioritizations

Number of targets

Win

rate

HQ

sys

ETAHQETAsys

CE

תיעדופים עבור ששוגר ממוצע טילים מספר) מנצחים ) תרחישים שונים

slow

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12Average missile launches for different prioritizations only in winning situations

Number of targets

Ave

rage

mis

sile

laun

ches

HQsys

ETAHQ

ETAsys

CEideal

עם השונות הגרסאות עבור ההצלחות שיעורי ( " השמדה " הסתברות אידאליים (1טילים

0 2 4 6 8 10 120

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Winrates for different versions with ideal missiles

Number of targets

Win

rate

V1

V2

V3V3ETAsys

V3.5

הגרסאות עבור ששוגר ממוצע טילים מספר ( " תרחישים " אידאליים טילים עם השונות

מנצחים(

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12Average missile launches for different versions only in winning situations with ideal missiles

Number of targets

Ave

rage

mis

sile

laun

ches

V1V2

V3

V3ETAsys

V3.5ideal

במערכת שונים תיעדופים עבור הצלחות שיעורי " ( " גילוי" ם מכ של מחזור זמן שניות 3איטית

) וחצי שניה במקום

0 2 4 6 8 10 120.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Slow system winrates for different prioritizations

Number of targets

Win

rate

HQ

ETAHQETAsys

CE

תיעדופים עבור ששוגר ממוצע טילים מספר) ( " מנצחים " תרחישים איטית במערכת .שונים

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12Slow system - average missile launches for different prioritizations only in winning situations

Number of targets

Ave

rage

mis

sile

laun

ches

HQ

ETAHQ

ETAsysCE

ideal

סיכום

•. " ש גע מערכת של סימולצייה בנינו

•: למערכת שהוספנו השיפורים

זווית ) • תעדוף ההעסקה בתהליך המערכת טקטיקת את שיפרנו.)" מוקדם" שיגור ו

• – : של שילוב מעורבת רדיפה הטילים הנחיית את -PureשיפרנוPursuit- .Lead Pursuitו

ה • שיטת בעזרת התעדוף אלגוריתם של אופטימיזציה .CEביצענו

•. התוצאות את שיפרנו

מסקנות

• , איומים של רחב מגוון לדמות שמסוגלת סימולציה יצרנו כל ראשית . " המערכת י ע טוב למידול שניתנים פרמטרים בעלי מופשטת בצורה

לראות )• שניתן א 2.כפי כנגד( גרף שמועילים לפתרונות הגענו. הנתונים התרחישים

משומשים • אשר הטילים בכמות לחסכון הצורך על לענות הצלחנוהמטרות ) ב 2.ליירוט חשבון( גרף על בא שלא כזה באופן זאת ועשינו

התעדוף ) פונקציית של ההצלחות ו 2.שיעורי (גרף

שימושי )• אלגוריתם המקדמים( CEיישמנו וקטור את למצוא שיכולאופטימליות ) לתוצאות שמביא המשקל פונקציית ג 2.של " גרף י( ע

איטרטיבי ) א 1.אופן הטילים( )ג.1 ב.1 גרף בחסכוניות פגיעה ללאד 2. ( גרף

מסקנות

בגרסה • שהוספנו הזווית ותעדוף המעורבת מביאות 3הרדיפה . זאת הטילים ויעילות ההצלחות בשיעורי משמעותית הכי לקפיצה

הטילים כמות את למינימום להביא מנת על נועדו שהשיפורים כך עקב- מה .FOVשיוצאים

ששימוש הפרוייקט בתחילת שהייתה המובלעת ההנחה לעומת זאת( . מירבית להצלחה יביא נכון ה 2.בתעדוף (גרף

• , יכולת ללא טילים של מירבי ניצול מבטיחה המערכת של ההתנהגות( .) שנבדקה )* המערכת עבור מעבר נוספת ו 2.שיפור ( גרף

ברשת )• ממידע במפורש חסר שהיה יחיד זמן( - OSINTפרמטר . " התברר אליו הרגישות נבדקה כאשר הגילוי ם מכ של המחזור

, תחת אופטימלי נשאר קצר מחזור זמן עבור האופטימלי שהתעדוף( . יותר ארוך מחזור לזמן המחזור זמן ז 2.שינוי (ח.2גרף

להמשך הצעות

•. '' אחד ש מגע מיותר שמורכבת סוללה של סימולציה

•. " המערכת נגד ובחינתם שונים לים לתו בהתאם שונות מטרות שלל יצירת

•. , " בערכים ודאויות ואי רעשים ם שח של הוספה

•. אחרות מערכות בדיקת

מודל • שעובדת SSL (Shoot-Shoot-Look)הוספת שלנו למערכת בניגוד.SLS (Shoot-Look-Shoot)בטקטיקת

•. יותר ספציפיים תרחישים בדיקת

קוד • ה Cיצירת חישוב את לבזר כדי המטלב בזמן CEמקוד תלות ולתרגם. עיבוד כוח של לתלות הפרוייקט של

תודות

• , , , " העזרה הסבלנות על שלנו הפרוייקט מנחת פינק אטל מוניק ר לד רבה תודה. הרבה והתמיכה

• , באלגוריתם להשתמש לנו שהציע ללימודים חברנו זיו לאורי -CrossתודהEntropy. לאופטימיזציה