CC BY
87
УДК 004.021
ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ
ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Р.Н. Акиншин, Д.В. Шевченко, А.И. Чернышков
Рассмотрены особенности построения территориально распределенных систем обработки информации, построенных на основе радиолокационных комплексов. Предложено для обеспечения синхронизации процесса совместной обработки приходящих измерений в центре использовать на каждом средстве получения информации навигационной аппаратуры потребителей ГЛОНАСС/ОР8. Формализована математическая модель процессов обработки информации в данных системах. Предложена структура имитационной модели.
Ключевые слова: территориально распределенные системы обработки информации, имитационная модель
К настоящему времени известны различные виды территориально распределенных систем обработки информации наземного, воздушно-наземного и воздушного базирования [1-4]. В общем случае они состоят из совокупности территориально распределенных датчиков (систем) информационного обеспечения; центра сбора, обработки информации и управления (ЦСОУ); каналов связи и системы многоканального наведения средств поражения. Территориально распределенные средства наблюдения (ТРСН) обладают существенными преимуществами по отношению как к однопо-зиционным системам наведения, так и к их совокупности, не объединенной в единую систему. Эти преимущества обусловлены, прежде всего, возможностью использования дополнительной информации, заключенной в пространственной структуре электромагнитного радиолокационного и глобального навигационного полей. Применение ТРСН позволяет в комплексе решить целый ряд проблем повышения живучести, помехозащищенности и точности наведения, маневрирования информационными ресурсами и средствами поражения. Однако, давая огромные преимущества, ТРСН требуют существенного усложнения алгоритмов обработки информации и управления, обусловленного появлением в системе наведения еще одного, более высокого иерархического уровня. Среди задач, решаемых на этом уровне, ключевыми являются: алгоритмы целенаправленного управления пространственным положением отдельных позиций, управления информационными потоками между ними, синхронизации событий и процессов, целераспределения и выбора средств поражения. Кроме того, весьма специфичны и задачи информационного обеспечения, основанные на обработке измерений различной физической природы и поступающих в различные моменты времени.
В общем случае объединение информации для решения задач управления позициями может осуществляться различными способами: на уровне первичной обработки в процессе обмена высокочастотными сигналами, когда вся территориально распределенная радиолокационная система (ТРРЛС) рассматривается как единая разреженная антенная решетка; на уровне вторичной обработки, когда позиции обмениваются оценками фазовых координат, сформированных на отдельных позициях; и на уровне третичной обработки, когда информация используется для решения задач распределения объектов наблюдения [1, 2, 4-10].
На рис. 1 приведена упрощенная схема пространственно-распределенной системы обработки информации (ПРСОИ), включающая п радиолокационных станций (РЛС), космическую навигационную систему, контрольно-корректирующую станцию (ККС), каналы связи (между РЛС и РЛС и ККС).
Космическая навигационная система
Рис. 1. Схема пространственно-распределенной системы информационного обеспечения средств поражения
На рис. 1 для наглядности приведено лишь 3 измерительных средства с РЛС и один объект наблюдения. При использовании авиационной пространственно-распределенной системы информационного обеспечения радиолокационные станции расположены на летательных аппаратах (ЛА).
Пусть на у-й измерительной позиции (ИП) (у = 1, J) в момент времени ^ (в локальной шкале времени (ЛШВ) у-й позиции) проведены следующие измерения:
а) радиолокационные
X j)
у
РЛС,к
нх( j)
j
рл* + ПРЛк
где х
(j) = РЛ,к,
1к
Т
X
0) = РЛ ,к,-
аj,к,- Р 1 ,к,- ,к
j
V
(1)
вектор измеряе-
мых координат в локальной системе координат (ЛСК), связанной с 1-й позицией;
б) космической навигационной системы (КНС)
у
(1) СНС,к
х
1
(1) +п^ СНС,ку 1
(2)
где х
О)
СНС,к
1
X 1,Ь (х(1 >«)
V
X(1V)
вектор оценок координат 1-й пози-
( 1 )
ции по всем видимым навигационным спутникам (НС); V, ; - вектор оце-
к1
нок псевдоскоростей по всем видимым НС; X(1 )(ц) - вектор, характеризующий состояние ионосферы и тропосферы, погрешности эфемеридного обеспечения для 1-й измерительной позиции; ц(фд ) - вектор параметров,
передаваемых в сигналах контрольно-корректирующих станций (ККС) и которые определены в ЛШВ ККС /фд;
в) инерциальные (для авиационных или мобильных ИП)
(./) = н х('>
У ИНС,к1
ИНС,к / + ПИНС,к.
(3)
где х
(1) ИНС,к
1
а
(1)
ИНС,к1
IV (1)
у ИНС,к ;
аИсНС к - вектор ускорения 1-й измерительной
позиции в СК, задаваемой чувствительными осями ИНС, у
(1)
ИНС,к.
- век-
тор угловых скоростей 1-й ИП в той же СК.
Отметим, что измерения (1)-(3) приведены к единому моменту времени (синхронизированы) ^ ЛШВ на 1-й ИП.
Однако локальные шкалы времени различных позиций не синхронизированы между собой, поэтому в центре сбора, обработки информации и управления (ЦСОУ) возникает проблема синхронизации процесса совместной обработки приходящих измерений.
Для решения этой проблемы на каждом ИП используется навигационная аппаратура потребителей (НАП) СНС ГЛОНАСС/ОРБ, оборудованная приемником сигналов ФД.
При работе НАП на у-м пункте формируется шкала времени потребителя (ШВП), которая принимается в качестве локальной ШВ (ЛШВ)
^ЛШВ.), лшв в самой НАП привязывается к СШВ ) СНС
ГЛОНАСС В результате такой привязки формируются поправки Д^. ЛШВ к СШВ.
На пунктах измерения радиолокационные (1), навигационные (2), инерциальные (3) и другие измерения (которые для удобства обозначим
вектором Уизм) формируются в ЛШВ, т.е. имеем Уизм
' (ЛШВу)л 1к
V У
а
затем пересчитываются (привязываются) в СШВ, т.е. Уизм {1)] = Vу) ® Уу) (~(СШВ)). Таким образом, формируются
пары {у^) , которые передаются на ЦСОУ.
Принятые на у ИП сигналы ФД содержат дифференциальные поправки идп ~^СШВ) , соответствующие времени ~(сшв) системной ШВ,
которые также передаются на ЦСОУ в векторе измерений У^'^ Н^С™
Таким образом, необходима разработка новых алгоритмов траек-торного управления подвижными приемными позициями и алгоритмов вторичной обработки данных в ТРРЛС. Реализация этих алгоритмов позволит управлять приемными позициями наилучшим образом с точки зрения точности наведения и экономичности в реальных условиях боевого применения ТРРЛС.
Для оценки эффективности ТРРЛС, а также оценки параметров процессов обработки информации разработана имитационная модель, обобщенная схема которой приведена на рис. 2.
Рис. 2. Обобщенная схема имитационной модели
35
Имитационная модель включает следующие основные модули.
1. Модели координатных систем предназначены для формирования используемых в каждой конкретной задачи систем координат (СК), например, земной геоцентрической, локальной в каждом пункте измерения и т.д.
2. Модель шкал времени предназначена для формирования единой шкалы времени системы (СШВ), локальных шкал времени (ЛШВ) на измерительных пунктах, шкалы времени КНС и др.
3. Модель движения навигационных спутников предназначена для имитации движения навигационных спутников (НС) по орбитам с привязкой к системной шкале времени.
4. Модель формирования дифференциальных поправок (ДП) предназначена для формирования ДП (поправки к псевдо дальностям, псевдо фазам, координатам и др.) на ККС для каждого НС с привязкой к координатам и времени.
5. Модель инерциальных навигационных систем (ИНС) имитирует измерения инерциальных датчиков (акселерометров и гироскопов), устанавливаемых на подвижных измерительных пунктах.
6. Модель навигационных приемников (НП) предназначена для измерений координат измерительных пунктов с привязкой ко времени ЛШВ, а также для синхронизации измерений НП, ИНС и РЛС.
7. Модель движения цели формирует движение цели по той или иной траектории в заданной СК с привязкой к системному времени.
8. Модель помеховой обстановки предназначена для имитации воздействия помех (активных или пассивных) на измерения РЛС, а также для имитации помех каналам связи.
9. Модель измерений РЛС имитирует измерения РЛС (дальности угловых координат доплеровских частот и др.) того или иного типа (активные или пассивные РЛС, доплеровские или угломерные и т.д.) в локальной системе координат с привязкой к локальной шкале времени.
10. Модель каналов связи имитирует передачу данных (координатах измерительных пунктов, меток времени, измеренных параметров движения целей с привязкой к локальному времени и других данных) от измерительных пунктов к ЦСОУ с имитацией возможных помех каналам связи.
11. Модель ЦСОУ предназначена для моделирования алгоритмов обработки информации (данных), поступающих по каналам связи от измерительных пунктов, и формирования целеуказаний средствам поражения.
Успешное решение задач обнаружения и сопровождения объектов наблюдения возможно только при хорошо организованном автоматизированном функционировании территориально распределенных радиолокационных систем (например, пассивных угломерных), дополненных аппаратурой потребителей СНС ГЛОНАСС/GPS, функциональных дополнений СНС и необходимыми каналами связи. Создание подобных систем позволит решить важнейшую задачу наблюдения наземных и воздушных целей
в условиях их сильной динамики и интенсивного ведения противником радиоэлектронной борьбы и тем самым радикально повысить эффективность боевых действий авиации.
Список литературы
1. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Облик перспективных бортовых радиолокационных систем. Возможности и ограничения. М.: ИПРЖР, 2002.
2. Саблин В.Н. Разведывательно-ударные комплексы и радиолокационные комплексы наблюдения земной поверхности. М.: ИПРЖР, 2002.
3. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Многопозиционные радиолокационные системы воздушного базирования. Возможности и ограничения // Радиотехника. 2005. № 9.
4. Черняк В.С. Многопозиционная радиолокация. М.: Радио и связь,
1993.
5. Григорьев Ф.Н., Кузнецов Н.А., Серебровский А.П. Управление наблюдением в автоматических системах. М.: Наука, 1986.
6. Малышев В.В., Красильщиков М.Н., Карпов В.И. Оптимизация наблюдения и управления летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1989.
7. Харисов В.Н., Аникин А. Л. Оптимальное управление наблюдением в задачах обнаружения сигналов // Радиотехника. 2004. № 7.
8. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Облик перспективных бортовых радиолокационных систем. Возможности и ограничения. М.: ИПРЖР, 2002.
9. Авиационные системы радиоуправления / В.И.Меркулов, В.В.Дрогалин, А.И.Канащенков [и др.]. Т. 1. Принципы построения систем радиоуправления. Основы синтеза и анализа / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2003.
Акиншин Руслан Николаевич, д-р техн. наук, доц., начальник отдела, rakinshin@yandex. ru, Россия, Москва, СПП РАН,
Шевченко Дмитрий Владимирович, начальник отдела, shevdv1975@gmail. com, Россия, Москва, Управление интеллектуальной собственности, военно-технического сотрудничества и экспертизы поставок вооружения и военной техники Министерства обороны Российской Федерации,
Чернышков Александр Игоревич помощник начальника отдела, niri-opaii@mail.ru, Россия, Пенза, Пензенский артиллерийский инженерный институт
THE GENERALIZED MODEL SPATIALLY DISTRIBUTED SYSTEMS OF INFORMATION
PROCESSING
R.N. Akinshin, V.D. Shevchenko, A.I. Chernyshkov
37
The features of the construction of geographically distributed information processing systems based on radar systems. Proposed to ensure synchronization of the process of collaborative management.-Dasha measurements in the center to use every means of obtaining information about the navigation equipment of consumers of GLONASS/GPS. Formalized mathematical model of information processing in these systems. The structure of the simulation model.
Key words: distributed systems of information processing, simulation model
Akinshin Ruslan Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, head of Department, rakinshin@yandex. ru, Russia, Moscow, SPP, RAS,
Shevchenko Dmitry Vladimirovich, head of division, shevdv19 75@gmail. com, Russia, Moscow, Department of intellectual property, military-technical cooperation and expertise of the supply of weapons and military equipment of the Ministry of defence of the Russian Federation,
Chernyshkov Alexander Igorevch, assistant head of Department, niri-opaii@,mail. ru, Russia, Penza, Penza artillery engineering Institute
УДК 004.274
КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ
М.А. Антонов
Рассмотрена концепция реконфигурируемых отказоустойчивых цифровых систем обработки данных. Представлена структурная схема цифровой реконфигури-руемой системы.
Ключевые слова: цифровые реконфигурируемые системы, безотказность, саморемонт, мажоритарный процессор, конечный автомат.
В настоящее время задаче построения быстродействующих цифровых вычислительных систем отводится значительная роль в науке и технике. Это связано с необходимостью обрабатывать потоки цифровых данных в формате реального времени. Согласно [1, 2] наиболее выгодным выходом является многопроцессорные системы с параллельным выполнением операций над данными.
Такое решение приводит к усложнению аппаратных средств и программного обеспечения, что в свою очередь делает указанные системы менее надёжными.
Поскольку в теории безотказности систем известны подходы активного и пассивного резервирования элементов, то в применении к сложным, многопроцессорным системам обработки данных пассивное резервирование программных и аппаратных средств приведёт к большей надёжности, но также и к большим габаритам, что неприемлемо.
38
