CC BY
24УДК 621.396/395.74
Аппаратно-программные комплексы обеспечения устойчивости автоматизированной системы связи ВМФ
Талагаев В.И.
Аннотация: Предложен методологический подход к обеспечению устойчивости системы связи Военно-Морского Флота, основанный на адаптации её структуры и параметров к деструктивным воздействиям, средств радиоэлектронного подавления радиоканалов, отказов технических средств ионизирующих излучений и электромагнитных импульсов на среду распространения сигналов и радиоэлектронное оборудование. Приведена архитектура встраиваемых в систему управления связью программно-технических комплексов адаптивного управления системой, радиосредствами береговых объектов связи, комплексами связи подводных лодок и надводных кораблей.
Ключевые слова: автоматизированная система связи, деструктивные и дестабилизирующие воздействия, адаптивное управление системой связи, аппаратно-программные средства адаптации к деструктивным воздействиям.
Введение
Одной из сложных научно-технических проблем, возникающих в процессе исследований, создания и функционирования автоматизированной системы связи (АСС) Военно-Морского Флота (ВМФ) в различных оперативно-тактических ситуациях продолжает оставаться обеспечение ее устойчивости к разнородным внешним и внутренним деструктивным и дестабилизирующим факторам.
Устойчивость АСС ВМФ, как способность противостоять нарушению информационного обмена в системе, вследствие различных видов поражения объектов связи, радиоэлектронного подавления (РЭП) радиоканалов (РК), выхода из строя ненадежных аппаратно-программных средств, влияния ионизирующих излучений (ИИ) и электромагнитных импульсов (ЭМИ) на среду распространения сигналов и электронное оборудование может быть обеспечена путем адаптации АСС, т. е. подстройки ее структуры и параметров к указанным воздействиям средствами управления [1].
Отличительной особенностью современных методов адаптивного управления сложными динамическими системами является автоматизация этих процессов на основе широкого применения ЭВМ, требующая специального программного, информационного и технического обеспечения. Речь, таким образом, идет о представлении исследователям, проектировщикам и должностным лицам органов оперативного управления АСС набора программных и технических средств, позволяющих в автоматическом или ручном режимах подстраивать действующую систему к прогнозируемым или фактическим деструктивным воздействиям, т. е. выбирать оптимальную с точки зрения устойчивости структуру АСС с учетом разнородных деструктивных воздействий. Цель адаптации - поддержание требуемого для управления силами и средствами ВМФ качества функционирования АСС путем компенсации и восстановления потерь качества, вызванного деструктивными факторами.
1. Адаптивное управление структурой автоматизированной системы связи в условиях деструктивных воздействий
Адаптация, как подстройка структуры и параметров АСС к прогнозируемым или фактическим деструктивным воздействиям, достигается путем изменения ее внутреннего состояния, адекватного воздействиям. Адаптация системы к воздействиям может быть обеспечена при наличии в АСС организационно-технического ресурса (основного и резервного), структурной и функциональной избыточности относительно минимального их состава, необходимого для функционирования системы с требуемым качеством в /-ый период
Кф; = Кр; в отсутствие воздействий ДКВ/ = 0 (ДКизб = Кфмах, Кфг). Практически изменение внутреннего состояния АСС сводится к перераспределению связных ресурсов и потоков сообщений, к которым относятся основные и резервные средства связи и режимы их работы.
Способность АСС обеспечивать на всех этапах жизненного цикла требуемое качество функционирования в условиях комплексного воздействия деструктивных факторов определяется как устойчивость системы к воздействиям (живучесть), средств разведзащищенности, средств РЭП (помехозащищенность), отказов технических средств (надежность) и ошибок эксплуатации и управления (верность, правильность). Свойство устойчивости проявляется только в условиях воздействий (по отношению к воздействиям) и обеспечивается разными видами избыточности, вводимыми в АСС на этапах ее проектирования и разработки. Избыточность в виде пассивных мер (механическая защита объектов, резервирование технических средств, использование высоконадежной помехозащищенной аппаратуры и др.) и активных мер (адаптивные методы управления, изменение структуры и организации ее использования, маневрирование частотным ресурсом и режимами работы оборудования и др.) вводится в АСС (в ее структуру и алгоритмы функционирования и управления). Величина избыточности ДКМ выбирается с учетом требований к качеству функционирования при максимальных прогнозируемых воздействиях Кфмах = Кф + ДКМ и реализуется на этапах функционирования в виде совокупности организационно-технических мероприятий, адекватных фактическим деструктивным воздействиям в /-ый период работы ДКМ = ДКВ/ [2].
Рекомендации проектировщику, должностным органам оперативного управления АСС и исполнительным элементам в системах автоматизированного управления по изменению структуры АСС и ее параметров могут быть выработаны в результате комплексного решения на ЭВМ двух основных расчетно-логических задач:
1) Расчетной задачи анализа по определению и сравнению с требуемым для эффективного управления силами обобщенного показателя устойчивости АСС к прогнозируемым и заданным моделью (при проектировании) и фактическим (текущим при функционировании АСС в реальных условиях) внешним и внутренним деструктивным и дестабилизирующим воздействиям на циклах управления;
2) Расчетно-логической задачи синтеза по выбору перспективного варианта структуры АСС и ее параметров, обеспечивающих требуемую для управления силами и средствами устойчивость АСС с учетом фактического и прогнозируемого, задаваемого моделью состояния системы при внешних и внутренних деструктивных воздействиях.
Решение первой задачи заключается в комплексной оценке устойчивости АСС в данном состоянии структуры системы с учетом матриц поражения различными видами воздействий объектов связи, РК преднамеренными помехами, влияния ИИ и ЭМИ на радиоканалы и аппаратуру, выхода из строя технических средств и сравнения ее значения с предельно допустимым (требуемым для эффективного управления силами). Оценка устойчивости является комплексной и производится на основе расчета живучести объектов связи, помехозащищенности РК, влияния ИИ и ЭМИ на РК, надежности технических средств системы на основе оценки снижения качества функционирования АСС в результате этих воздействий. При снижении устойчивости ниже требуемой, исследователем или оператором связи должно приниматься решение об изменении структуры и переводе АСС в новое перспективное состояние.
Определение перспективной, наилучшей при заданном воздействии структуры АСС, обеспечивающей требуемую устойчивость - вторая расчетно-логическая задача адаптивного управления АСС. В общем виде задача относится к классу экстремально поисковых [ 3] и может быть решена методами математического программирования. Поскольку АСС является сложной динамической системой, полная формализация процессов, происходящих в ней, и их строгий анализ вызывает значительные трудности, то для решения расчетной и расчетно-
логических задач на этапе исследований и оперативного управления АСС целесообразно использовать расчетно-логическую и экспертную системы [4].
Экспертная система в данном случае - это совокупность программно-реализованных моделей, обеспечивающих проведение анализа устойчивости и выдачу рекомендаций по выбору оптимальной структуры АСС и ее параметров в условиях прогнозируемого и фактического деструктивных воздействий. Анализ состояния системы и рекомендации по изменению её структуры и параметров основаны на редуцировании (обобщении) аналитических расчетов, опыте эксплуатации и знаний экспертов по связи, способных сделать оценку устойчивости и выдвинуть вполне надежные предложения по оптимизации структуры и ее параметров неполной информации об АСС, деструктивном прогнозируемом и фактическом воздействии на нее при отсутствии формальных средств их описания. Несмотря на субъективный характер, знания экспертов имеют особую ценность, поскольку содержат все, что, хотя бы частично осознано, но еще не сформулировано в строгом виде.
Для решения второй расчетно-логической задачи необходима совокупность аппаратно-программных средств, позволяющих исследователю или оператору связи решать задачи анализа устойчивости АСС и ее свойств (живучести, развед- и помехозащищенности, устойчивости к ИИ и ЭМИ, надежности оборудования связи) и оптимизации структуры по их постановке и описанию в терминах радиосвязи, пользуясь услугами специалистов связи, алгоритмистов и программистов. Для такой системы характерно наличие модели АСС, моделей внешних воздействий, условий функционирования и специальной программы-планировщика вычислений. Использование расчетно-логической системы делает доступной для исследователя, проектанта и оператора связи реализацию прикладных математических методов расчета на ЭВМ в целях анализа устойчивости и выбора по его результатам наилучшей структуры АСС в процессе ее разработки и функционирования, т. е. изменения интенсивности потоков сообщений, характера внешних воздействий и оперативно-тактических ситуаций.
Для решения этой задачи необходимо располагать прогнозом, или изменяющимися данными о текущем состоянии АСС, т. е. об огневом поражении объектов связи, подавлении РК АСС преднамеренными помехами и техническом состоянии радиосредств, получаемые от программно-технических средств мониторинга АСС. Для решения задачи, кроме того, необходимо располагать постоянной информацией, т. е. моделями потенциально возможного огневого, помехового, ИИ и ЭМИ воздействий противника на АСС и др. Требования к программно-аппаратным средствам решения задач адаптации АСС, необходимых при проведении исследований и при оперативном управлении системой различаются. При исследованиях важна полнота учета возможных операционно-тактических ситуаций (множества вариантов) и адекватных расчетно-логических моделей реальным условиям функционирования АСС, а при оперативном управлении действующей АСС - быстрота принятия решений по изменению структуры системы. Поэтому при проведении исследований и проектировании АСС данные о внешних воздействиях могут быть получены с помощью их имитаторов, а при оперативном управлении от средств мониторинга состояния - датчиков состояния объектов и каналов связи. Эти сведения могут храниться в единой базе данных, служащей основой информационного обеспечения для решения расчетной и расчетно-логической задач.
2. Структура аппаратно-программных комплексов адаптации АСС к воздействиям
Характер внешних воздействий определяется оперативно-тактической обстановкой, поэтому при решении обеих задач адаптации АСС к условиям функционирования необходимо так же учитывать состав, пространственное расположение и действия сил и средств противника. При проведении исследований и проектировании АСС, оперативно-тактическая ситуация может быть задана в виде набора сценариев действий сил и средств, и
хранится так же в единой базе данных, а в действующую АСС может вводиться извне в ее расчетно-логическую систему от системы освещения оперативно-тактической обстановки.
Необходимыми исходными данными для решения указанных задач являются информация о состоянии компонентов АСС и характера деструктивных и дестабилизирующих воздействий, которые должны поступать в систему управления от комплекса аппаратно-программных средств мониторинга и отображения состояния системы и ее компонентов. Аппаратно-программные средства могут встраиваться в автоматизированную систему управления или использоваться автономно при ручном управлении, как средства интеллектуальной поддержки должностных лиц органов управления АСС.
Встроенные в систему управления АСС аппаратно-программные средства, решающие указанные задачи адаптации, являются средствами автоматизации управления АСС и служат повышению устойчивости к внутренним и внешним воздействиям, обеспечивая тем самым требуемое качество информационного обмена в любых оперативно-тактических условиях. На первом этапе автоматизации функций адаптации АСС к разнородным деструктивным воздействиям программно-аппаратные комплексы могут использоваться как средства интеллектуальной поддержки должностных лиц органов планирования связи на операции и оперативного управления действующей АСС.
Обобщенная структура и состав программно-технических средств обеспечения управления АСС, локальной сетью, бортовыми комплексами связи кораблей в условиях деструктивных воздействий приведены на рис.
Предложенный методологический подход к построению программных и аппаратных средств интеллектуальной поддержки должностных лиц органов управления АСС ВМФ в условиях внешних и внутренних деструктивных воздействий и отдельные программные и технические средства реализации процессов адаптивного управления АСС ВМФ приведены в работах [5-11].
Рис. Архитектура аппаратно-программных средств адаптивного управления АСС, в условиях деструктивных воздействий
Выводы
Аппаратно-программные комплексы обеспечения устойчивости АСС относятся к интеллектуальным средствам автоматизации управления при адаптации ее структуры и параметров к разнородным внешним и внутренним деструктивным и дестабилизирующим факторам.
Комплексы представляет собой совокупность общих информационных и программных (расчетно-логических и экспертных) моделей, позволяющих производить оценку устойчивости АСС и вырабатывать рекомендации по выбору ее наилучшей структуры и её параметров как при проведении исследований и проектировании, так и при планировании связи на операции флота и управлении АСС ВМФ в реальных условиях.
Предложенная методология и структура программно-технических комплексов обеспечения устойчивости АСС ВМФ могут применяться также при автоматизации и интеллектуализации управления полевыми сетями связи и их компонентами с учетом оперативно-тактических особенностей их организации и использования.
Литература
1. Талагаев В.И. Управление системой связи и обмена данными ВМФ в условиях радиоэлектронного подавления // Техника средств связи. 2018. № 4 (144). С. 130-134.
2. Талагаев В.И. Методологический подход к анализу и обеспечению устойчивости систем морской радиосвязи // Техника средств связи. 2018. № 3 (143). С. 86-91.
3. Евтушенко Ю.Т. Методы решения экстремальных задач и их применении в системах оптимизации. - М.: Наука, 1982. 432 с.
4. Мирошников В.И., Кулешов И.А., Талагаев В.И. Экспертная система оценки помехозащищённости декаметровых радиоканалов ВМФ // Техника средств связи. 2020. № 2 (150). С. 26-33.
5. Николашин Ю.Л., Гавриленко С.А., Талагаев В.И. Модель анализа помехозащищенности направления связи с морскими объектами. Часть 1 // Морская радиоэлектроника. 2018. № 2 (64). С. 34-37.
6. Николашин Ю.Л., Гавриленко С.А., Талагаев В.И. Модель анализа помехозащищенности направления связи с морскими объектами. Часть 2 // Морская радиоэлектроника. 2018. № 3 (65). С. 44-47.
7. Талагаев В.И., Лебедев Д.В. Выбор безопасных рабочих частот для декаметровых каналов связи в условиях радиоразведки и радиоэлектронного подавления. Тематический научно-технический сборник ФГУП «24 ЦНИИ МО», Санкт-Петербург, 2011.
8. Гавриленко С.А., Талагаев В.И., Лебедев Д.В. Программа оценки помехозащищенности направлений связи с морскими объектами v.1.0. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013614725 от 20.05.2013, ФГБУ ФИПС, Москва, 2013.
9. Талагаев В.И., Лебедев Д.В. Программа для анализа потенциальных возможностей радиоразведки v.1.0. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014611242 от 28.01.2014, ФГБУ ФИПС, Москва, 2014.
10. Талагаев В.И., Лебедев Д.В. Модель выбора трасс каналов в региональной сети связи. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018619211 от 02.08.2018, ФГБУ ФИПС, Москва, 2018.
11. Талагаев В.И., Кезлинг А.Г. Способ контроля состояния дискретного радиоканала. Патент РФ на изобретение № 2003235, ФГБУ ФИПС, Москва, 1993.
References
1. Talagaev V.I. Management of the Navy communication and data exchange system in the conditions of electronic suppression. Means of communication equipment. 2018. № 4 (144). P. 130-134 (in Russian).
2. Talagaev V.I. Methodological approach to analysis and ensuring the stability of marine radio communication systems. Means of communication equipment. 2018. № 3 (143). P. 86-91 (in Russian).
3. Yevtushenko Yu.T. Methods of solving extreme problems and their application in optimization systems. Moscow. Science, 1982. 432 p. (in Russian).
4. Miroshnikov V.I., Kuleshov I.A., Talagaev V.I. Expert system for assessing the noise immunity of decameter radio channels of the Navy. Means of communication equipment. 2020. № 2 (150). P. 26-33 (in Russian).
5. Nikolashin Yu.L., Gavrilenko S.A., Talagaev V.I. Model of analysis of noise immunity of communication direction with marine objects. Part 1. Marine radio electronics. 2018. № 2 (64). P. 34-37 (in Russian).
6. Nikolashin Yu.L., Gavrilenko S.A., Talagaev V.I. Model of analysis of noise immunity of communication direction with marine objects. Part 2.Marine radio electronics. 2018. № 3 (65). P. 44-47 (in Russian).
7. Talagaev V.I., Lebedev D.V. Selection of safe operating frequencies for decameter communication channels in conditions of radio reconnaissance and electronic suppression. Thematic scientific and technical collection of FSUE "24 Central Research Institute of Economics," St. Petersburg, 2011 (in Russian).
8. Gavrilenko S.A., Talagaev V.I., Lebedev D.V. Program for assessing the noise immunity of communication directions with marine objects v.1.0. Certificate of state registration of the program for computers No. 2013614725 dated 20.05.2013, FSBI FIPS, Moscow, 2013 (in Russian).
9. Talagaev V.I., Lebedev D.V. Program for analysis of potential capabilities of radio exploration v.1.0. Computer Program State Registration Certificate No. 2014611242 dated 28.01.2014, FSBI FIPS, Moscow, 2014 (in Russian).
10. Talagaev V.I., Lebedev D.V. Model of selection of channel routes in the regional communication network. Certificate of state registration of the program for computers No. 2018619211 of 02.08.2018, FSBI FIPS, Moscow, 2018 (in Russian).
11. Talagaev V.I., Kezling A.G. Method of monitoring the state of a discrete radio channel. Patent of the Russian Federation for invention No. 2003235, FSBI FIPS, Moscow, 1993 (in Russian).
Статья поступила 07 мая 2021 г.
Информация об авторе
Талагаев Владимир Иванович - Кандидат технических наук, старший научный сотрудник, профессор Академии военных наук. Ведущий научный сотрудник ПАО «Интелтех». Тел.: +7(812) 448-96-50. E-mail: [email protected]. Адрес: 197342, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Кантемировская, д. 8.
Stability Hardware and Software Packages Navy Automated Communication System
V.I. Talagaev
Annotation: A methodological approach to ensuring the stability of the Navy communication system is proposed, based on the adaptation of its structure and parameters to destructive effects, means of electronic suppression of radio channels, failures of technical means of ionizing radiation and electromagnetic pulses to the medium of signal propagation and radioelectronic equipment. The architecture of software and technical systems of adaptive control of the system, radio means of coastal communication facilities, communication systems of submarines and surface ships embedded in the communication control system is given.
Keywords: automated communication system, destructive and destabilizing effects, adaptive control of communication system, hardware and software means of adaptation to destructive effects.
Information about Autor
Vladimir Ivanovich Talagaev - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Professor of the Academy of Military Sciences. Leading researcher at PJSC «Intelte^». Tel.: +7 (812) 448-96-50. E-mail: [email protected]. Address: 197342, Russia, St. Petersburg, 8 Kantemirovskaya St.
Для цитирования: Талагаев В.И. Аппаратно-программные комплексы обеспечения устойчивости автоматизированной системы связи ВМФ // Техника средств связи. 2021. № 2 (154). С. 25-30.
For citation: Talagaev V.I. Stability Hardware and Software Packages Navy Automated Communication System. Means of Communication Equipment. 2021. No. 2 (154). Pp. 25-30 (in Russian).
