Situation Analysis for Fighter Aircraft Combat Survivability PDF
Preview Situation Analysis for Fighter Aircraft Combat Survivability
Licentiate Thesis Situation Analysis for Fighter Aircraft Combat Survivability Tina Erlandsson Technology StudiesfromtheSchoolofScienceandTechnologyatÖrebroUniversity23 örebro2011 Situation Analysis for Fighter Aircraft Combat Survivability Studies from the School of Science and Technology at Örebro University 23 Tina Erlandsson Situation Analysis for Fighter Aircraft Combat Survivability ThisresearchisfundedbyTheSwedishGovernmentalAgencyforInnovation Systems(Vinnova)throughtheNationalAviationEngineeringResearch Program(NFFP5-2009-01315)andsupportedbySaabAB. © Tina Erlandsson, 2011 Title: SituationAnalysisforFighterAircraftCombatSurvivability Abstract Fighter pilots operate in environments where an erroneous decision may have fatal consequences. A tactical decision support system (TDSS) could aid the pilots to analyze the situation and make correct decisions. The TDSS can, for instance,highlightimportantinformationandsuggestsuitableactions.Theaim of this thesis is to provide a situation analysis model of combat survival that canbeutilizedinaTDSS. Thefirstpartofthisthesisdescribesananalysisofwhatthemodelneedsto describeandhowitcanbeused.Itisconcludedthatthemodelshouldevaluate the outcome of different actions with respect to combat survival. This evalua- tioncanguidethepilot’sdecisionmaking,sothatactionsleadingtodangerous situationsareavoided.Theanalysisalsohighlightstheneedofhandlinguncer- tainties, both measurement precision uncertainty regarding the locations and capabilities of the threats (enemies) and inference uncertainties regarding the prediction of how the threats will act. Finally, arguments for focusing the rest of the work on a single fighter aircraft and threats located on the ground are presented. The second part of the thesis suggests a model, which describes the sur- vivability, i.e., the probability that the aircraft can fly a route without being hitbyfirefromground-basedthreats.Thus,themodelrepresentstheinference uncertainty,sinceitdescribestheprobabilityofsurvival.Themodel’scharacter- isticsarediscussed,e.g.,thatthemodelisimplementableandcanbeadaptedto describe different kinds of ground-based threats. Uncertainty in terms of mea- surement precision influences the estimate of the survivability. Two different ways of representing this is discussed: calculating the worst case scenario or describing the input as random variables and the resulting survivability as a random variable with a probability distribution. Monte Carlo simulations are used for estimating the distribution for survivability in a few illustrative sce- narios, where the input is represented as random variables. The simulations show that when the uncertainty in input is large, the survivability distribution maybebothmultimodalandmixed.Twouncertaintymeasuresareinvestigated thatcondensetheinformationinthedistributionsintoasinglevalue:standard deviation and entropy. The simulations show that both of these measures re- i ii flecttheuncertainty.Furthermore,thesimulationsindicatethattheuncertainty measurescanbeusedforsensormanagement,sincetheypointoutwhichinfor- mationthatisthemostvaluabletogatherinordertodecreasetheuncertainty inthesurvivability. Finally, directions for future work are suggested. A number of TDSS func- tions that can be developed based on the model are discussed e.g., warnings, countermeasuremanagement,route-planningandsensormanagement.Thede- signofthesefunctionscouldrequireextendingthethreatmodeltoincorporate airborne threats and the effects of countermeasures. Further investigations re- gardingtheuncertaintyinthemodelarealsosuggested. Keywords:fighteraircraft,situationanalysis,combatsurvival,decisionsup- port,uncertainty Sammanfattning Stridspiloterflygerisituationerdärettfelaktigtbeslutkanfåödesdigrakonse- kvenser, till exempel att flygplanet störtar, att målet missas eller att flygplanet träffas av fiendeeld. Piloterna behöver fokusera både på att utföra sina upp- drag,attflygapåettsäkertsättochattöverlevastriden.Dennaavhandlingfo- kuserarpåöverlevnadistriden,vilketinnebärattpilotenmåstevaramedveten om de hot (fiender) som finns i omgivningen och undvika att träffas av fien- deeld.Etttaktisktbeslutstödssystemkanunderlättaförpiloternaattanalysera situationenmedavseendepåöverlevnad,vilketskulletillåtademattriktamer uppmärksamhetmotsittuppdrag.Ettsådantsystemkanexempelvisprioritera vilken information som behöver visas för piloten, hjälpa piloten att utvärde- ra olika handlingsalternativ och/eller rekommendera lämpligt åtgärder. Målet medforskningenidennaavhandlingäratttaframenmodellförsituationsana- lysföröverlevnadsomkanutgöraenkomponentiettsådantbeslutstödssystem förpiloter. Denförstadelenavavhandlingenbeskriverenproblemanalyssomgörsför attförståbådevadsomskamodelleras,menocksåhurmodellenskaanvändas och vilka krav detta ställer på den. Analysen baseras på både litteraturstudi- er och intervjuer med stridspiloter. En slutsats är att modellen ska utvärdera olika åtgärder som piloten kan utföra genom att beräkna hur dessa åtgärder påverkan pilotens möjligheter att överleva. Det föreslås också att beslutstöds- systembörlevereraettkonfidensmåttpåhursäkradessrekommendationerär. Eftersom modellen är tänkt att vara del av ett sådant system är det viktigt att modellen kan hantera och representera osäkerhet. Denna osäkerhet rör både hotenspositionochförmågasamtosäkerhetkringhurhotenkommerattagera. Resultatetavproblemanalysenärenfördjupadproblembeskrivning.Dessutom motiveras de avgränsningar som görs för resterande arbete, exempelvis att fo- kusera på markbaserade hot och att inte ta hänsyn till samverkan mellan flera piloter. Denandradelenavavhandlingenföreslårenmodellsomberäknaröverlev- nadsmöjligheten, dvs. sannolikheten att piloten kan flyga en viss rutt utan att flygplanetblirträffatavfiendeeld.Iavhandlingenföreslåsenenkelbeskrivning av hoten som tar hänsyn till sannolikheten att de upptäcker flygplanet, risken iii iv för att de väljer att avfyra missiler och sannolikheten att dessa missiler träffar flygplanet.Någraavmodellensegenskaperdiskuteras,exempelvisattmodellen ärimplementerbarochkanhanteraolikabeskrivningaravmarkbaseradehot. Modellen använder information om var hoten befinner sig och vilken för- måga de besitter. Eftersom denna information oftast är osäker, så blir beräk- ningarna av överlevnadsmöjligheten osäkra. Två sätt föreslås för att represen- teradetta.Genomatträknapåvärstamöjligafall,fårmanenundregränsför överlevnadsmöjligheten. Ett annat sätt är att representera indata som stokas- tiskavariabler,vilketinnebärattävenöverlevnadsmöjlighetenärenstokastisk variabelmedenfördelning.Detvisarsigvarasvårtattanalytisktbeskrivaden- na fördelning och därför används simuleringar för att skatta den och för att analyseramodellensbeteendeiettparillustrativascenarier.Simuleringarnavi- sarattöverlevnadsmöjlighetenbeskrivsavenmixadfördelning,dvs.enfördel- ning som innehåller både kontinuerliga och diskreta delar. När osäkerheten i indataärstorochruttenpasserarnäraflerahot,fårfördelningenettkomplext utseende. Istället för att representera osäkerheten i överlevnadsmöjligheten med en fördelning,såärdetönskvärtatttaframettmåttsomsammanfattarosäkerhe- teniettendavärde.Dettamåttkananvändasföratttaframkonfidensmåttför derekommendationersombeslutstödssystemetger.Tvåmöjligamåttstuderas: standardavvikelseochentropi.Simuleringarnavisarattbådadessamåttverkar beskriva osäkerheten i fördelningarna, även om de fokuserar på delvis olika aspekteravosäkerheten.Ettmöjligtanvändningsområdeförettsådantmåttär sensorstyrning, där sensorerna skulle kunna samla in den information som är mest värdefull för att minska osäkerheten angående överlevnadsmöjligheten. I ett scenario där hotens positioner är osäkra visar simuleringar att båda måt- tenkananvändasförattidentifieravilkethotsommestbidrartillosäkerheten. Genomattstyrainhämtningenavinformationsåattdettahotprioriteras,kan osäkerhetenminskas. Avhandlingen avslutas med förslag på fortsatt arbete. Det diskuteras hur modellen kan utökas till att hantera exempelvis flygande hot och hur den kan användas som grund för ett beslutsstödssystem. Olika beslutstödsfunktioner föreslås, såsom varningar, ruttplanering, motmedelshantering och sensorstyr- ning. Det föreslås även att andra sorters osäkerhetsrepresentationer kan vara intressanta att studera. Dessutom pekas andra möjliga användningsområden för modellen ut, såsom automation i obemannade flygande farkoster och da- torgenereradeagenterisimulatorer.
Description:The list of books you might like
