Ринок військових нейрокомп'ютерів

Скляренко Р. П.

Застосування нейрокомп'ютерів у військовій техніці завжди викликала інтерес в першу чергу завдяки їх переваг у швидкодії, невеликим габаритам і масам, а також малому енергоспоживання. Нейрокомп'ютери дозволяють вирішувати складні і надскладні завдання, не виникали до недавнього часу просто через неможливості їх вирішення за допомогою лінійних обчислювальних засобів. Застосування нейромережевого логічного базису дозволило перейти до нового відношенню продуктивність - вартість, за рахунок різкого підвищення першим, заснованої на автоматизації дослідження предметної області, створення алгоритмів, моделювання, перевірки релевантності моделей і навчання за принципом проб і помилок.

Фірмами промислово розвинених країн світу, в першу чергу США, Великобританія і Японія, ведеться інтенсивне дослідження і застосування нейрокомпьютерной технології при створенні військової техніки. Перша програма подібного роду балу виконана США в 1987-1988 роках Лабораторією Лінкольна Массачусетського інституту за рахунок військового бюджету. Особлива увага до даної сфери Президента США Дж.Буша дозволило на початок 90-х років досягти суттєвого прогресу, що виражається у зростанні компаній розробляють подібні засоби.

За оцінками американських консалтингових фірм за 90-ті роки світовий ринок військових нейрокомп'ютерів зріс з 100 млн. доларів до півтора мільярдів доларів. Зараз кількість фірм, що займаються нейрокомп'ютера, наближається до 300, однак ця оцінка вкрай не об'єктивна, завдяки великій скритності подібних розробок.

Напрямки застосування нейрокомп'ютерів вкрай різноманітні. Чи не замінима їх роль в областях припускає брак інформації в умовах динамічної середовища з високим рівнем шуму, це в першу чергу космос, авіація, робототехніка, пеленгації, енергетика, обробка інформації, автоматичні системи управління та комунікація, медицина та статистика.

В 80-ті роки США припускали застосування нейрокомп'ютерів для керування потужним лазерним зброєю в рамках Стратегічної оборонної ініціативи. Створені напрацювання дозволяють управляти кривизною дзеркал в телескопах і підтримувати задані параметри в високоточних системах орієнтації.

Застосування нейрокомп'ютерів найбільш наочно можна зрозуміти в управлінні космічної робототехнікою, зокрема що використовується на кораблях системи "Шаттл": механічна рука, телероботи. Це дозволяє значно знизити навантаження на оператора.

Успішно застосовуються нейросети у плануванні роботи антенних пристроїв, розміщених на супутниках. Обробка великих масивів інформації, також може здійснюватися безпосередньо на супутнику, що дозволяє уникнути передачі з орбіти шуму. Причому, нейронні мережі дозволяють обробляти на орбіті навіть зображення, що багато разів спрощує процес картографування. Поєднання з експертними системами дозволяє реагувати на зміни поверхні в реальному масштабі часу.

Вражаюче виглядає застосування нейрокомп'ютерів для розпізнавання хмар в різних діапазонах з імовірністю більше 96% і складанням карт вітрів.

Розпізнавання лінійчатих структур на зображеннях, таких як дроги, трубопровід, лінія електропередач тощо, дозволяє в автоматичному режимі проводити пошук ознак цивілізації на планетах інших космічних систем.

Передбачення ушкоджень космічних станцій внаслідок зіткнення з космічними частинками є ще однією важливою областю, що визначає ступінь захисту станції і масу супутника виведеного на орбіту.

Система забезпечення безпеки польотів заснована на пророкування блискавок на космодромі під час запусків дозволяє послабити обмеження інтервалів запуску, дана система може бути інтегрована в систему ПРО і систему командування на ТВД.

Перспективно застосування нейромережевої системи при виборі маневрів у повітряному бою на літаках майбутнього покоління, оскільки повітряне бойове маневрування містить ситуації, що відповідають більш одному правила при наявності перешкод, з якими лінійні обчислювальні засоби впоратися не можуть. Система дозволить льотчику вибрати кращий маневр з декількох можливих. Мережі додаються як льотчики-курсанти, тобто їм пропонується велика кількість сценаріїв повітряного бойового маневрування, для вибору оптимального, мережі також навчаються реагувати на зміни зовнішніх умов з урахуванням усіх поточних даних борту.

Нейронні мережі дозволяють вирішити завдання, пов'язані з технічною діагностикою літальних апаратів із застосуванням методів неруйнівного контролю в реальному часі. Оцінюється втому і механічні пошкодження, як на Землі, так і в польоті. Метод високочастотного ультразвукового сканування дозволяє досягти майже 100% точності. Мережі дозволяють прогнозувати надійність всіх систем застосовуваних як на літаку, так і в наземному управлінні рухом польотами.

Застосовуються нейрокомп'ютери і для розпізнавання типів літаків із зображення, причому допускаються повороти профілів, зміщення, зміна масштабу зображення, високий рівень шуму.

Нейромережеві алгоритми і нейроктроллери успішно застосовуються при навчанні управління вертольотом початківців-пілотів. Навчання проходить автоматично, без участі людини: система управління вертольотом активно примушує новачка збільшувати ступінь контролю над польотом для досягнення певної майстерності. Як і в винищувальної авіації, тут нейркомпьютери можуть відповідати за точний маневр проти цілі, коригуючи помилки пілота, шум і з огляду на зовнішні умови.

Застосування автономних рухомих роботів є вкрай перспективними напрямком. Здатність роботи в будь-якому середовищі, широка варіація розмірів і пристроїв, розміщуються на роботах, дозволяють застосовувати їх в умовах не доступних людині. Особливо перспективні напрямки пов'язані з навігаційними робототехнічних комплексів, що дозволяють здійснювати автономну навігацію з повним урахуванням зовнішніх впливів, таких як власна швидкість, швидкість середовища, обертання, напрям руху, при цьому оцінка інформації відбувається автоматично, без участі оператора. Таким чином, вирішується найбільш складне завдання управління підводними роботами, де оператору доводилося контролювати три напрямку руху: уздовж фронту, вгору-вниз, навколо осі. Помилки мереж складають мене 1-2%, що не досяжною для оператора. Цікаві наземні роботи навантажувачі для роботи в екстремальних умовах і на інших планетах, маломірні літальні апарати з автономним пілотуванням.

Застосування нейрокомп'ютерів в тактичному озброєнні пов'язано, в першу чергу, з здатністю до обробки сигналу при високому рівні шуму. Обробка зображень за двома напрямками: розпізнавання цілі і виділення рухається цілі на стаціонарному або рухається тлі - відкриває широкі можливості у реалізації тактичних завдань. Будучи найефективнішим алгоритмом виділення рухомих цілей на тлі - нейронні мережі відкривають шлях до повністю автоматичного ведення бойових операцій із застосуванням звичайних озброєнь. Побудова систем сумісних з біологічним людським зором збільшить продуктивність операцій у десятки разів. Можливість відновлення первісної картини за наступним даними створить значний ринок засобів безпеки. Зараз вже очевидні переваги нейронних мереж при виділенні цілей на зображенні перед людиною навіть в оптичному діапазоні. Мережі застосовуються вже в системах зору роботів, що рухаються в середовищі з перешкодами.

Цікавий ринок трансп'ютерів що створюють об'ємні картини, вони знаходять застосування в радіолокації, показуючи тривимірні моделі радіо джерел. Мережі дозволяють успішно вирішувати завдання виявлення мети при будь-якому відношенні сигнал/шум, шляхом усунення перешкод і моделювання мети. Вирішуються завдання обробки інформації в широкій зоні огляду за наявності великої кількості об'єктів, завдання супроводження цілей, виявлення маневру цілі в зоні навмисних перешкод і інші, раніше викликали величезну складність у режимі реального часу і здібностей людини-оператора. Досвідчені диспетчери справляються з одночасним супроводом 25-26 цілей. У реальних ситуація, наприклад в районі аеропорту, кількість цілей може сягати кількох десятків. Спільна робота декількох диспетчерів, що передають одна одній цілі, знижує пропускну спроможність аеропорту внаслідок людського фактору. Нейросеті дозволяють аналізувати траєкторії і прогнозувати подальший рух за наявності великого числа перешкод. Створенням систем відстеження траєкторій багатьох цілей на основі нейронних мереж зайняті кілька фірм Китаю і Сінгапуру.

В розпізнавання радіолокаційних цілей нейронні мережі застосовуються з 60-х років. Процесори, засновані на нейронних мережах, відрізняються підвищеною завадостійкістю, швидкої збіжністю до шуканого рішення під час перевірки численних гіпотез. Можливо, автоматичне розпізнавання цілей на основі даних від декількох різно діапазонних локаторів. Сигнали з кожного каналу подаються на окрему нейронну мережу, всі мережі пов'язані між собою та з узагальнюючої мережею, яка містить експертну систему. Чіткість і повнота сигналів не грають помітної ролі.

Роботи, що проводилися в Лабораторії електроніки та НВЧ оптики Університету штату Пенсільванія в 90-х роках були спрямовані на створення РЛС нового покоління для формування тривимірних голографічних зображень аерокосмічних цілей з дозволом, близьким до оптичного. Ця система дозволяє відмовитися від дорогих антенних решіток і значно скоротити час обробки сигналу.

Застосування нейромереж в БРЛС дозволяє ефективно розпізнавати підстилаючої поверхню і тип місцевості.

Великобританія веде активну роботу по створенню засобів РЕБ та електронної війни на основі нейро мережевих алгоритмів. Перспективно застосування нейромереж при наведенні ракет на джерела перешкод.

В гідроакустики застосовуються мережі для обробки сигналів, як у активних, так і в пасивних системах. Точність розпізнавання та класифікації сигналів перевищує здатності дельфінів до ехолокації і наближається до 100%. Застосування подібної системи в підводних роботах відкриє нові можливості у вдосконаленні торпедного озброєння.

Сучасні кораблі є найбільш складними технічними виробами на проектування яких може піти десятиліття. Застосування систем віртуальної реальності дозволяє значно полегшити завдання проектувальників. Значення і потреба в обчислювальних ресурсах тут колосальна. Грунтуючись і включає в себе такі розділи обчислювальної техніки, як: тривимірна графіка, система "око-рука", керування маніпулятором, анімація, віртуальна реальність є сферою суперобчислення. Нейрокомпьютерние системи дозволяють моделювати як проектувальні моменти, так і створювати середовища, для проведення аналізу працездатності виробів. Існують системи віртуальної реальності для моделювання підводного, радіо і високотемпературних середовищ. У космонавтиці системи віртуальної реальності застосовуються як допоміжні при управлінні кораблем і зовнішніми маніпуляторами.

Нейрокомп'ютери широко застосовуються при проведенні біотехнологічних досліджень, в біомалекулярной електроніці та нанотехнології, завдяки своїм здібностям компенсувати брак даних, що надходять від мікроскопічних систем.

Створено системи, що імітують інтуїтивне діяльність людини - це неоціненний внесок у систему аналізу тактичних і стратегічних дій імовірнісного противника.

Системи схованого виявлення речовин, у найближчому майбутньому, стануть вкрай ходовим товаром, в першу чергу у справі протистояння тероризму. Системи на нейрокомп'ютера дозволяють виявляти наркотики, ядерна зброя, хімічна сировина і т. п., відрізняючись нечутливістю до конфігурації і способів маскування предметів, що становлять небезпеку при повній автоматизації та мінімальному технічному обслуговуванні. Системи огляду багажу, не порушуючи основної роботи транспортних вузлів, мають ймовірність правильного виявлення до 95% в автоматичному режимі.

В енергетиці нейрокомп'ютери знаходять застосування в попередженні та діагностиці аномальних ситуацій, аналізі зовнішніх даних і шуму.

Застосування нейрокомп'ютерів в надскладних завданнях можливо завдяки їх сверхвисокопроізводітельной можливості, відкриває такі важливі області як: моделювання людини-оператора, кодування інформації, розпізнавання і обробка текстів, переклад текстової та мовної інформації, комунікація в системах зв'язку і експертні системи. Це дозволяє моделювати розвиток бойових дій будь-якої інтенсивності, боротьбу з терористами і спецоперації.

В основі однієї із систем захисту від несанкціонованого доступу, побудованої на основі нейрочіпа, лежить облік тимчасового інтервалу між моментами ударів клавіш, зроблених користувачем на відомій послідовності знаків.

Широке застосування мають нейромережеві алгоритми генерації випадкових послідовностей і хаосу.

Незамінні нейрокомп'ютери у справі виявлення аномалій у пристроях комутації та лініях передачі даних. Маршрутизація і розподіл каналів у рухомих системах радіозв'язку - область застосування, на рівніші із завданням управління трафіком. У військових комунікаційних системах дані завдання мають підвищене значення в зв'язку з необхідністю упорядкованого повідомлення з високим пріоритетом при радикальну зміну навколишніх умов і двобічної каналів.

Можливості обчислення шляхів маршрутизації можна застосовувати при побудові інтегральних схем і проектування кристалів процесорів.

Нейрокомп'ютери з успіхом застосовуються при обробці сейсмічних сигналів у військових цілях для визначення координат і потужності ядерних вибухів, що проводяться іншими країнами. Дана система також застосовується при дистанційної розвідки корисних копалин. Точність визначення події наближається до 100%.

В Найближчим часом сфера застосування нейрокомп'ютерів багаторазово розшириться. У першу чергу по лінії військових систем, що вимагають сверхвисокопроізводітельних обчислень. Також цікаво їх застосування при моделюванні суспільно-соціальних і політичних процесів, що перетворює політику в точну науку.

Сучасні тенденції у розвитку обчислювальної техніки характеризується переходом до оптичним технологіям, що дозволяє наблизити потужність нейрокомп'ютерів до продуктивності мозку людини; біоелектронним технологій, саморозвитку і самовідтворення елементів обчислювальних систем заснованих на зрощуванні живих мозкових клітин зі штучними елементами; біомолекулярних технології що дозволяють здійснювати самопрограмірованіе робочих станцій.

Основні розробки ведуться в наукових центрах США, Великобританії, Японії, Німеччини та Італії. Обсяг світового ринку подвоюватиметься кожні 2-3 роки, якщо не відбудеться різкого стрибка в прикладних дослідженнях, підстави для якого формуються останні 15 років вченими всього світу.

Список літератури

Галушкин А.І. "Нейрокомп'ютери в розробках військової техніки США", М., 1995; Публікації наукового центру нейрокомп'ютерів РАН; "Радіоелектроніка за кордоном".

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.sciteclibrary.ru