CC BY
41Подход к оптимизации технологии оперативного планирования применения средств наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами
Колпин М.А.
кандидат технических наук
Москвин Б.В.
кандидат технических наук доцент, Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург Аннотация
В статье предложен вариант совершенствования технологии оперативного планирования применения средств наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами, заключающийся в использовании оптимизационных процедур при решении задачи выбора оперативного плана применения средств наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами. На теоретико-множественном уровне проведена постановка задачи оптимального выбора оперативного плана применения средств наземного комплекса управления космическими аппаратами.
Ключевые слова: оптимизация технологии; оперативное планирование; наземный комплекс управления; применение средств; космический аппарат.
Введение
Решение задач управления космическими аппаратами (КА) военного и двойного назначения, а также частью КА научного и социально-экономического назначения возложено на Главный испытательный космический центр имени Г. С. Титова (ГИКЦ) и происходит во взаимодействии с объединениями, соединениями и частями родов войск и видов Вооруженных Сил, управлений Министерства обороны и Генерального штаба.
Под управлением [1] КА понимается управление его бортовым комплексом, которое осуществляется с использованием средств наземных комплексов управления (НКУ), выделяемых из состава наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ) на оперативный интервал времени. При этом возможность достижения заявленных разработчиком КА значений целевых показателей качества функционирования КА в существенной степени определяется не только качеством планирования и управления специальной бортовой аппаратурой, но и соблюдением технологии обслуживания КА, т. е. выполнением в полном объеме и в директивные сроки технологических циклов управления (ТЦУ) КА, что в свою очередь достигается качественным планированием задействования средств НКУ КА.
Процесс планирования работы средств НКУ КА является вторичным по отношению к процессу планирования работы бортовой аппаратуры КА и его целью является обеспечение непрерывности целевого функционирования КА. Центральной проблемой здесь является проблема распределения ресурсов НАКУ т.е. выделение из его состава средств в НКУ того или иного КА. Разрешение данной проблемы происходит при планировании применения средств НАКУ. Планирование применения средств НАКУ подразделяется на этапы долгосрочного, оперативного планирования и оперативного управления.
Основным этапом планирования применения средств НАКУ является этап оперативного планирования применения средств НАКУ. Здесь происходит согласование работы бортовой аппаратуры КА и комплекса наземных технических средств. На основе заявок центров управления полетами (ЦУП) КА на задействование средств НАКУ, в которых указаны время проведения операций управления (ОУ) КА, перечень и режимы работы задействуемых ТСр, последовательность выполняемых операций управления КА, а также способы передачи технологической информации в центры управления полета-
ми КА, на трое суток вперед формируется план применения средств НАКУ, отражающий детальный план проведения операций управления каждым КА.
Важное место в этом процессе занимает координация планов задействования средств НАКУ между ЦУП КА различного назначения [2], проводимая с целью разрешения конфликтов между данными планами, возникающих, например, по причине того, что ОУ различными КА планируются к проведению в одно и то же время и требуют привлечения одного и того же технического средства управления, либо операции планируются к проведению в разное время, но требуют привлечения технического средства, которое не успевает перестроиться после выполнения одной операции для выполнения другой, также возможны ситуации, когда совместная работа средств одного отдельного командно-измерительного комплекса (ОКИК) невозможна по условиям технической совместимости проводимых работ и т.д. Решение данной задачи осуществляет отдел координации и планирования (ОКП).
Существующий уровень автоматизации системы оперативного планирования применения НАКУ позволяет достигать основной цели планирования - оптимального и бесконфликтного распределения средств НАКУ между ЦУП для решения задач управления КА.
Однако тенденции развития НАКУ формируют новые условия применения ГИКЦ, для которых, в части касающейся ОКП, будет характерен рост количества конфликтных ситуаций между заявками ЦУП КА различного назначения на задействование средств НАКУ. В первую очередь это будет происходить по причинам:
- существенного снижения избыточности НАКУ, а также сокращения номенклатуры средств управления;
- наращивания ОГ КА различного назначения;
- увеличения объема специальной и технологической информации, циркулирующей в контурах управления космических систем.
В случае наступления особых условий обстановки, связанных с нарастанием угрозы военной агрессии в отношении РФ, к приведенным выше причинам следует отнести также наличие быстроменяющихся условий наземной и космической обстановки (например, радиоэлектронной обстановки в районах дислокации ОКИК и объектов управления), а также существенный рост объемов необходимой коррекции сформированных планов применения средств НАКУ, в том числе и планов находящихся в отработке.
В данных условиях эвристический подход к разрешению конфликтов, лежащий в основе существующей технологии оперативного планирования не позволяет достичь названной выше цели планирования применения средств НАКУ, т. е. не обеспечивает эффективного решения задачи координации и коррекции планов ЦУП на задействование средств НАКУ.
Для преодоления трудностей рационального планирования применения средств НАКУ в новых условиях обстановки необходимо совершенствование технологии оперативного планирования задействования и применения средств НАКУ, которое, в свою очередь, предлагается осуществить путем совершенствования математического и методического обеспечения оперативного планирования применения средств НАКУ как в ЦУП КА различного назначения так и в ОКП.
Идейную основу совершенствования технологии оперативного планирования составляет перенос части функций по планированию задействования средств, осуществляемого в ЦУП КА в ОКП. Изменения, вносимые в технологию оперативного планирования, удобно представить в виде схемы взаимодействия ЦУП КА и ОКП при решении задач оперативного планирования (рис. 1).
ЦУП КА, исходя из программы работ с КА и ограничений на задействование средств НАКУ, осуществляет заказ средств НАКУ. Предполагается, что заявка на применение средств НАКУ при управлении КА передается по средствам автоматизации в формализованном виде и содержит следующие данные:
- условный номер объекта управления;
- номера рабочих витков и соответствующие времена прохождения КА через экватор;
- условные номера средств, которые могут выполнить конкретную ОУ (для каждой ОУ);
- номера ОКИК, на которых расположены указанные в заявке средства;
- режимы работы средств;
- зоны радиовидимости КА каждым из указанных в заявке ОКИК;
- допустимые времена начала выполнения ОУ и её окончания (по каждой ОУ).
II
3-2015
Рис. 1. Структура предлагаемой технологии оперативного планирования применения средств НАКУ КА
В ОКП основываясь на полученных формализованных заявках от ЦУП КА различного назначения и дополнительной информации формируется массив исходных данных для осуществления оперативного планирования применения средств НАКУ, после чего с использованием средств автоматизации производится выбор оптимального оперативного плана применения средств НАКУ КА.
Одним из важных моментов в обеспечении разработки оптимального оперативного плана применения средств НАКУ является корректная структуризация и формализация совокупности требований и ограничений, накладываемых на выполнение данного процесса, от полноты и точности учета которых в последующем напрямую зависит качество выполнения ОГ КА своих целевых задач.
Выделение совокупности требований, выполнение которых позволит провести оптимальное оперативное планирование применения средств НАКУ КА предлагается осуществлять с системных позиций, на основе методологии системного подхода с использованием инструментария системного анализа.
Оперативный план применения средств НАКУ КА устанавливает порядок выполнения определенной последовательности действий, предусмотренных технологией обслуживания КА, позволяющей перевести ОГ КА из некоторого начального состояния ^(60) в требуемое - У (б). Множество планов
применения средств НАКУ, позволяющих осуществить такой переход образует А - множество вариантов обслуживания элементов ОГ КА.
При этом на процесс планирования применения средств НАКУ КА накладывается множество условий и ограничений, диктуемых обстановкой, а также особенностями структурного построения и спецификой целевого функционирования ОГ КА, составляющих В - систему функциональных пространственно-временных, технических, технологических ограничений процесса обслуживания элементов ОГ КА.
Различным планам применения средств НАКУ будут соответствовать множество различных исходов выполнения операций управления КА. В этой связи достаточно остро стоит вопрос выбора наилучшего плана применения средств НАКУ. Для этого задается множество Г - множество показателей качества процесса планирования.
С учетом введенных в рассмотрение множеств и отношений математическая структура выбора оптимального оперативного плана применения средств НАКУ КА представляется в следующем виде [3]:
м=^АВ,^ С1)
где
Q - модель принятия решений при планировании применения средств НАКУ КА;
Д - множество альтернатив, на котором производится выбор плана применения средств НАКУ;
В - отношения, ограничивающие выбор плана применения средств НАКУ КА:
1. Пространственно-временные ограничения, включающие в себя требования:
- требование Ь1 контакта, отражающее необходимость соблюдения при выполнении операций управления условия нахождения КА в зонах радиовидимости ТСр ОКИК;
- требование Ь2 доступности, отражающее необходимость готовности ТСр ОКИК к проведению сеанса управления;
- требование Ь3 канала, отражающее необходимость соблюдения при выполнении операций управления условия нахождения КА в зонах радиовидимости ТСр ОКИК, готовых к выполнению соответствующих операций управлений.
2. Технологические и технические ограничения, включающие в себя:
- требование Ь4 одновременности, означающее невозможность выполнения одной и той же операции управления по одному КА различными средствами одновременно.
- требование Ь5 неразрывности, отражающее необходимость соблюдения при выполнении ОУ условия запрещающего прерывание или прекращение процесса выполнения ОУ до момента полного её завершения;
- требование Ь6 несовместности, отражающее невозможность совместного выполнения операций обслуживания;
- требование Ь7 совместности, отражающее необходимость совместного выполнения операций обслуживания;
- требование Ь8 следования, отражающее необходимость определенного порядка следования выполнения операций.
3. Ограничения на состав операций управления и краевые условия, включающие в себя:
- требование Ь9 обоснованности выбора состава операций управления;
- требование Ь10 директивной точности процесса, отражающее ограничение на длительность временного интервала планирования.
F = , I = 1, /} - отношения предпочтения, отражающие требования к полноте и своевременности выполнения операций ТЦУ КА, а также к равномерности использования информационно-технологических возможностей НАКУ КА.
Наличие нескольких отношений предпочтения, определяющих выбор оптимального плана применения средств НАКУ, порождает задачу многокритериального выбора. Для преодоления критериальной неопределенности необходимо на основе принципа внешнего дополнения внести доопределение исходной ситуации в форме некоторой аксиомы А, формулируемой лицом, принимающим решения, конкретизирующей понятие оптимального решения. В рассматриваемой задаче под рациональным (оптимальным) решением понимается план применения средств НАКУ КА - ПорЬ выбираемый из множества допустимых альтернатив А^, удовлетворяющих отношениям В, ограничивающим выбор, и доставляющая экстремум некоторому результирующему отношению предпочтения _Ргег. Таким образом, основной задачей, решаемой с использованием структуры (1), является задача выбора вида:
Проведенный на основе структурно-математического подхода анализ путей решения задачи оперативного планирования применения средств НАКУ позволяет свести её к задаче, заключающейся в построении множества допустимых альтернатив (часть Д, отражающая отношения ограничивающие выбор В), и, на основе результирующей функции выбора ^гег, сформулированной заранее, либо в ходе интерактивного процесса, поиску оптимального плана применения средств НАКУ КА - иорг.
Таким образом, задача формирования оптимального оперативного плана применения средств НАКУ КА представлена как оптимизационная задача выбора на множестве допустимых альтернатив.
Заключение
Указанная задача служит концептуальной основой для разработки специального программно-математического обеспечения, которое позволяет расчету ОКП в автоматизированном режиме, напри-
/з 3-2015
мер, в рамках соответствующей системы поддержки принятия решений, получать оптимальный оперативный план применения средств НАКУ, обеспечивающий выполнение всего комплекса операций управлений с КА.
Литература
1. Управление космическими аппаратами и средствами наземного комплекса управления. Учебник. Мануйлов Ю.С., Калинин В.Н., Гончаревский В.С., Делий И.И. и др.; под общ. ред Мануйлова Ю.С. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского. 2010. 609 с.
2. Москвин Б.В. Теория принятия решений: учебник. СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского. 2005. 383 с.
3. Колпин М.А., Цветков К.Ю., Иванов А.В. Структура оптимального выбора варианта управления космической навигационной системой в условиях структурной деградации наземного комплекса управления / «Информационный бюллетень Смоленского регионального отделения академии военных наук». Смоленск.: ВА войсковой ПВО ВС РФ имени маршала Советского Союза А.М.Василевского. 2011. Вып. 24. С. 187-191.
Для цитирования:
Колпин М.А., Москвин Б.В. Подход к оптимизации технологии оперативного планирования применения средств наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами // i-methods. 2015. Т. 7. № 3. С.10-14.
The approach to technology optimization of operational planning of the use of landing automated complex spaceship control
Kolpin M. A.
candidate of technical Sciences Moskvin B. V.
candidate of technical Sciences, Professor, Military space Academy named after A. F. mozhaiskii in St. Petersburg
Abstract
This article suggests a variant of perfection of technology of operational planning the use of ground automated control of spacecraft, consisting in the use of optimization procedures in the selection of the operational plan of the use of landing automated complex spaceship control. On the set-theoretic level, underwent formulation of the problem of optimal choice of the operational plan for use of means of landing control complex of spaceship.
Keywords: technology optimization; operational planning; ground control; use of funds; spacecraft.
References
1. Control of spacecraft and the means of ground control complex. Tutorial. Manuilov Y. S., Kalinin V. N., Goncha-revsky V. S., Delia I. I. and others; ed. ed Manuilova Yu. s. St. Petersburg.: Military space Academy of A. F. Mozhaysky. 2010. 609 S.
2. Moskvin, B. W. the Theory of decision making: textbook. SPb.: Military space Academy of A. F. Mozhaysky. 2005. 383 p
191.-3. Kolpin M. A., And Tsvetkov, K. Y., Ivanov V. A. The structure of optimal choice of control space navigation system in conditions of structural degradation of the ground control / the "Information Bulletin of the Smolensk regional branch of the Academy of military Sciences". Smolensk.: VA army air defence the Russian Federation armed forces named after Marshal of Soviet Union A. M. Vasilevsky. 2011. Vol. 24. S. 187
For citation:
Kolpin M. A. Moskvin B. V. The approach to technology optimization of operational planning of the use of landing automated complex spaceship control // i-methods. 2015. T. 7. № 3. Pp. 10-14.
