Контроль и информационная надежность резервированных инерциальных навигационных систем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

необходимо рассматривать в качестве ее системообразующего ядра.

Разработка облика опытного образца АСК ЛЭ должна базироваться на результатах функционального анализа автоматизируемых процессов и концептуального проектирования соответствующей системы баз данных (СБД), получение которых возможно только в рамках выполнения соответствующей ОКР.

Сложность, трудоемкость, длительность процессов проектирования СБД для автоматизированных систем рассматриваемого класса требует разработки, применения и совершенствования соответствующих теоретических основ и технологических систем автоматизированного проектирования (САПР, CASE-систем).

ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основы испытаний авиационной техники. Учебное пособие. Часть II.— М: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1994. — 334 с.

2. Ветошкин В.М. Основы теории концептуального проектирования баз данных для автоматизированных систем / В.М. Ветошкин. — М: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1992. - 267 с.

3. Горшков П.С. Ресурсно-ограничительный метод исследования сложных информационных систем/Горшков, П.С., Бачкало, Б.И. — Пенза: Труды симпозиума Надежность и качество, 2008. - 274 с.

4. Горшков П.С., Потемкин А.В. Подходы к формированию информационного обеспечения системы подготовки военных кадров/Горшков П.С., Бачкало Б.И., Потемкин А.В. — Пенза: Труды симпозиума Надежность и качество, том 1, 2010. — 530 с.

УДК 681.518.5

Чернодаров А.В., Патрикеев А.П., Казьмин О.О., Халютина О.С.

ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт», Москва, Россия

КОНТРОЛЬ И ИНФОРМАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ РЕЗЕРВИРОВАННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Работа посвящена проблеме повышения информационной надежности резервированных инерциальных навигационных систем (ИНС). Предлагаемое решение проблемы опирается на мажоритарную схему стохастического контроля и оптимизацию структуры ИНС по обобщенным параметрам состояния. Приводятся результаты практической реализации ИНС такой архитектуры. Ключевые слова:

инерциальная навигационная система, мажоритарный контроль, обобщенный параметр состояния, критерий согласия

Инерциальные навигационные системы (ИНС) относятся к бортовым измерительно-вычислительным устройствам, существенно влияющим на безопасность полетов. В настоящее время актуальной остается задача повышения безотказности бесплатформенных ИНС (БИНС). Это связано с более сложными по сравнению с платформенными системами условиями эксплуатации бесплатформенных инерциальных измерителей, которые жестко закрепляются в корпусе объекта. Программно-аппаратные средства обеспечения безотказности ориентированы на повышение информационной надежности БИНС. Информационная надежность, в свою очередь, тесно связана с целостностью навигационных определений, которая отражает способность БИНС непрерывно поддерживать требуемые тактико-технические характеристики в изменяющихся условиях эксплуатации. Уменьшение массы и габаритов современных БИНС создают необходимые условия для обеспечения

информационной надежности на основе резервирования. Задач в этом случае состоит в обнаружении отказавших БИНС, исключение их из структуры навигационного комплекса (НК) и восстановление работоспособности НК путем реконфигурации.

В работе показывается применение и^ процедур обработки наблюдений и комбинированных критериев согласия [1] для мажоритарного контроля резервированных ИНС. Стохастический мажоритарный контроль и диагностирование в условиях неопределенности связан, в том числе, с выбором наиболее предпочтительной системы из резервированного множества. Такой контроль может быть основан на формировании и анализе обобщенных диагностических параметров.

Рассмотрим мажоритарную схему диагностирования, включающую три идентичных системы: ИНС1, ИНС2, ИНСз. Такую схему можно представить рисунком 1.

Рисунок 1 - Мажоритарная схема диагностирования НК

Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2016, том 2

Матрицы ЛР~' и АР'1 также вычисляются по рекур-

На рис. 1 обозначены: - НК - навигационный комплекс; - ОФК - обобщенный фильтр Калмана; - У - вектор параметров движения летательного

аппарата;

-

^м*), гР2(), ^зО")-ров, формируемых ИНС; - - векторы параметров, измеренных внешними по отношению к ИНС системами; - А, А^2(у) , АZз(/) - векторы наблюдений;

векторы парамет-

- -л:,

■I / ¡(к )

- вектор оценок ошибок к-й ИНС, сформи-

рованный после обработки наблюдений в ^й момент времени, к = 1,3 ; - - верхняя треугольная

матрица с единичной диагональю; - <]) - диагональная матрица, являющаяся компонентами ковариационных матриц ошибок оценивания

Рг/г(к) = ^¡/¡(к ) ^¡/¡(к /¡(к ) = М [^¡/¡<к )^г/г<к )] 8//¡(к) = Х/(к) - Х1/¡(к) ;

Х (к )

- вектор действительных ошибок к-й ИНС

ЛVl,3 = /1(1) — Х1 /¡(3)

Лv2,з = Х1 /1(2) — Х1/¿(3)

ЛР1,2 = ^/1(1) + Р/1(2)

ЛР,з = Р/1<1) + Р/1(3)

ЛР2,3 = ^/1(2) + Р1 /;(3)

Соотношения (1) - (4) сформированы с учетом

83 = Х{ Х/¡(3) .

= Р<1) +Хи^(2)иТГ(2)/О](2)Г ' ]=1

(5)

рентной формуле (7).

Можно показать [1], что при отсутствии нару^ шений в объекте контроля квадратичная форма /

кк

2

должна иметь распределение X с п степенями свободы, т.е. Е X2 (П, 2п) . По аналогии с правилом

3а [2] для нормального закона распределения и с учетом квантиля 0.02 (п) можно утверждать, что с доверительной вероятностью 0.98 необходимым условием принадлежности параметра J к распре-

к]

делению X является следующее:

/ * Гп

--п +

Ъ^Ъп .

в 2-й момент времени;

- М [...] - оператор математического ожидания. Для выбора наиболее предпочтительной системы из резервированного множества сформируем следующие диагностические параметры

^1,2 = АУ^АР^Лу^ ; / 3 = Лv^ЛP1"з1Лv13 ;

/2,3 ^^зДРГ^з,

где ЛV1,2 = ¡/¡(1) - Ъ/¡(2) ;

Таким образом, величина у^ определяет область допустимых значений параметра /щ при правильном функционировании объекта контроля.

В модуле диагностирования на рис. 1 реализуются следующие процедуры контроля

Л/1,2 = J 1,2 - У2 >0

■у П > о

Л/1,3 = /1,3"

Л/1,2 = / 1,2 - У2 > 0

Л/2,3 = /2,3 - У2 > 0

/ = Jl,з - У2 > 0

Л/2,3 = J2,3 - У2 > 0

• отказ ИНС ;

► отказ ИНС,

(10)

(11)

М[8$ ] = 0 ; М[8$ ] = 0 ; М[828Тз ] = 0 ;

81 = Х1 - Х1 /1(1) ; 8 2 = Х1 - Х1/1

В соотношениях (1) - (4) проблемной является задача вычисления обратных матриц

ЛР12, ЛР 31, ЛР, 3 . Такая задача может быть решена при реализации алгоритмов обработки наблюдений на основе совместных процедур П-В фильтрации и сглаживания [1]. В этом случае обращение

нормирующих ковариационных матриц АР] размерности п*п можно заменить п операциями деления с учетом следующего равенства

ЛР1 , 2 = /¡(1) А/1(1)ит/1(1) + ^1/1(2)^1/1(2)^1/1(2)] =

Рт) =ит(1)пт(1)иИк1) = М; (6)

и] - верхняя треугольная матрица с единичными

диагональными элементами; О] - диагональная

матрица; и]<2) - й столбец матрицы ; О]<2)

- ] -й элемент диагональной матрицы

Используя лемму об обращении матриц [1] и соотношение (6), можно сформировать рекуррентную процедуру реализации формулы (5) и вычисления

матрицы АР 2

М1 = М11 -М1 ]/\и]<М 1и]<!)_+ ]];

АР1-21 = м-п<; ] = 1,п • (7)

В работоспособном НК наиболее предпочтительная ИНС из резервированного множества может быть выбрана на основе реализации следующих процедур

Г< (Л/12 +Л/23)1

(/ + Л/у) ^ ^ < (^ ^ выбирается ИНС ;(12)

Г< (А/12 + Л/13)] (Л/12 + Л/23)^<! ' ' выбирается ИНС ;(13)

Г< (А/1 2 + А/13)1

(А/1,3 + ■А/2,3)'^ ] + Д/2 3) Г ^ выбирается ИНС3 .(14)

Если после локализации отказавшей ИНС требуется выполнить ее диагностирование, т. е. определить, с каким элементом вектора невязок Л"^ • /

наиболее вероятно связано нарушение, то матрицы

ДР~ 1 необходимо определять через их ],к

Д 1 Д О ~1 компоненты. Для этого уравнение (7) к' к

можно представить в эквивалентном виде

М-=[Вд, —Ям;]« ++О-1К/, (15) где =М^](Т)/[и](Ми(2) + °-2)] ,

Е - единичная матрица размерности п*п. Уравнение (15) записано в предположении, что отказавшей является ИНС1, а в качестве эталонной для диагностирования выбрана ИНС2.

П-В представление выражения (15) имеет вид

f] =] и7-1 V =°А /I ак =]■ +] Кк = ] «к

I О] =d¡ag(D]1l; О]<2))1 1

]=1, п

Ли12 =и;1 ло-2= О;1 ЛР-21 =дииг ДО^Ди-

где ИИОЗ - оператор, реализующий модифицированную процедуру Грама-Шмидта [1], позволяющую пре-

п х (п х г) и D■ размерности (п + г) х (п + г) в сово-

образовать совокупность матриц ^ размерности купность матриц и Dj р^змернос^^ Пхп ;

Т - (игЧ •

Рисунок 2 - Распределенная резервированная ИНС

БИНС-500НС

1-N Адаптер

V

з>

МЭМС -1

—N —1/ Адаптер ПОС-1

БИНС - МЭМС - 2

МЭМС -2

МЭМС-3

-N -1/ Адаптер => ПОС-2

МЭМС-2

1-N 1-1/ Адаптер => ПОС-3

<С

БИНС - МЭМС - 3

МЭМС- 4

-N -1/ Адаптер ПОС-4

БИНС - МЭМС - 4 Монтажная плита

-К т/

-К

-I/

-I/

Е Т Н Е Я N Е Т

7у

И.

Блок обработки и отображения информации

Рисунок 3 - Структурная схема программно-аппаратного обеспечения распределенной резервированной ИНС

После формирования матриц ДР~1

1,2' 1,2

выпол-

няется диагностирование куррентному алгоритму

ИНС1 по следующему ре-

= и,-««до.

7

? > <

J + 3^/27;

где

элемент

Представленная технология контроля и оптимизации структуры резервированных ИНС была реализована и апробирована в распределенной ИНС совместной разработки ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт» (Москва) и МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва). Макетный образец распределенной ИНС представлен на рис. 2, где показаны БИНС-500НС - бесплатформенная инерциально-спутнико-вая навигационная система на волоконно-оптических гироскопах совместной разработки ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт» (Москва) и НПК «Оптолинк» (Зеленоград); микромеханические БИНС-МЭМС, построенные на базе измерительных модулей ADIS16488 компании Analog Devices.

На рис. 3 показана структурная схема программно-аппаратного обеспечения распределенной ИНС, где дополнительно обозначены: ПОС - процессор обработки сигналов на базе вычислительной платы A20-OlinuXino-micro с адаптером для согласования интерфейсов SPI и UART.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колодежный Л.П., Чернодаров А.В. Надежность и техническая диагностика. - М.: Военно-воздушная академия им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, 2010. - 452 с.

2. Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. - М.: Наука, ГРФМЛ, 1985. - 640 с.

3. Чернодаров А.В., Патрикеев А.П. Контроль и парирование нарушений в наблюдаемых динамических системах с использованием комбинированных критериев согласия. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 2. С. 81-85.

J — 1, П ; при Д/1 2(о) — 0 ,

AVj 2 = Vj 2 ; AD7-1 - j -й элемент диа-

А

гональной матрицы ДР~1;

12

j -

вектора невязокД-|/

i,2

оператор сравне-

ния.

УДК 681.518

Наумова И.Ю., Князева В.В.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

КАЧЕСТВЕННЫЙ ВЫБОР СИСТЕМЫ ОХРАНЫ КАК НАДЕЖНОСТЬ ЗАЩИТЫ ОХРАНЫ ОБЪЕКТОВ И ПОМЕЩЕНИЙ

Выявлены основные угрозы безопасности охраны объектов. Рассмотрены существующие системы безопасности, их основные достоинства и недостатки. На основе этого, выбраны наиболее надежные средства защиты охраны объектов. Ключевые слова:

надежность защиты, угроза безопасности, автономные и централизованные охранные системы.

Проблема надежной защиты информационных и материальных ценностей в различных предприятиях, организациях и учреждениях в современных условиях является весьма актуальной. Повышение общего уровня криминогенной обстановки вызывает необходимость перехода от решения проблемы обеспечения безопасности на локальном уровне, при котором одной угрозе соответствует одно средство защиты, к решению проблемы на более высоком уровне, которое в частности, подразумевает применение комплексной системы защиты, включающей в себя средства охранно-пожарной сигнализации, контроля доступа и видеоконтроля, объединенные общей системой управления и предназначенные для совместной работы.

При проектировании таких систем наиболее целесообразным является применение системного подхода, который предполагает декомпозицию системы на отдельные функциональные подсистемы, количество которых определяется реальным спектром угроз безопасности для рассматриваемого объекта.

При обеспечении комплексной безопасности объекта важную роль играют технические средства охранно-пожарной сигнализации, видеонаблюдения и контроля и управления доступом. Правильный выбор и применение данных средств на объекте позволяет обеспечить высокую надежность защиты объекта от внутренних и внешних видов угроз и опасных ситуаций. Кроме того, отсутствие должного подхода к процессу выбора и применения технических средств ОПС понижает уровень безопасности и приводит к неоправданно высоким затратам на обеспечение требуемого уровня защищенности.

Грамотно спроектированные системы охранно-пожарной сигнализации, видеонаблюдения и контроля и управления доступом позволяют обеспечить раннее обнаружение возможного вторжения и тем самым предотвратить несанкционированный доступ на территорию, в здания, на отдельные этажи и в помещения объекта. В то же время их функционирование остается незаметным для персонала предприятия и не создает препятствий для санкционированного доступа персонала и посетителей предприятия в разрешенные для них зоны. Важно иметь в виду тот

факт, что применение технических систем не устраняет необходимость контроля со стороны человека, но значительно повышает эффективность работы службы безопасности, особенно при наличии многочисленных зон риска, что имеет место на крупных предприятиях, к которым относится объект защиты.

В настоящее время промышленные предприятия являются объектами наиболее пристального внимания со стороны конкурентов, особый интерес возникает, когда это предприятие начинает производство новой продукции до этого не производившейся в регионе. Так же наладка или смена старого оборудования увеличивает число потенциальных лиц заинтересованных в нужной им информации.

Рассмотрим существующие угрозы безопасности:

- угроза несанкционированного доступа на территорию завода

- угроза несанкционированного доступа в помещения административного корпуса

Возможность несанкционированного доступа на территорию завода может заключаться в проникновении лиц, мандат которых не подразумевает эту возможность. Следует выделить несколько частных угроз, в том случае если злоумышленник оказался на охраняемой территории. В первых это хищение готовой продукции завода изготовителя, причем возможен вариант кражи сотрудниками предприятия. Во-вторых, это возможность проникновения в административный корпус здания завода с целью хищения секретной информации, кражи денежных и иных материальных средств.

Современные охранные системы различают по принципу обработки сигнала и по способу передачи информации. По принципу обработки сигнала охранные системы делятся на автономные и централизованные. Рассмотрим подробнее преимущества и недостатки этих видов охранных систем.

Автономные (локальные) охранные системы наиболее популярны на сегодняшний момент. Связано это с их небольшой стоимостью и простотой установки и использования. Кроме того автономную систему легко разобрать и установить в другом