CC BY
105Список литературы
1. Википедия - свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. 2018. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Точное_земледелие (дата обращения: 10.06.2018).
2. AgroCounsel - сайт о полевых культурах. [Электронный ресурс]. 2018. URL: http://www.agrocounsel.ru/preimuschestva-tochnogo-zemledeliya (дата обращения: 11.06.2018).
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ АВТОМАТИЧЕСКИХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Додонов А.Р.
Додонов Александр Романович — студент, кафедра информатики и вычислительной техники, Московский технологический университет, г. Москва
Аннотация: аппаратура контроля сложного оборудования космических аппаратов, насыщенного электроникой, требует создания автоматизированных специализированных устройств, работающих по ранее разработанным сценариям. В статье показана роль бортовой вычислительной техники автоматизированных космических аппаратов, основные принципы БКУКА и качество его отладки.
Ключевые слова: автоматизация испытаний, БКУ КА, сложное оборудование, система телеизмерений.
В связи с постоянным усложнением задач, решаемых на борту КА. В качестве средства обработки информации используют бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ) и системы машин, скомплектованные между собой и составляющие, например, или многомашинные комплексы, или мультипроцессорные вычислительные системы. Применение на борту БЦВМ и систем машин БЦВС позволяет получить высокую эффективность использования КА [1].
Структурный анализ показывает, что КА представляет собой большую систему со всеми присущими для нее особенностями исследования и математического описания ее функционирования. К этим особенностям относятся: большое количество взаимодействующих модулей и элементов, составляющих систему: наличие общей задачи и единой цели функционирования всей системы; возможность расчленения системы на подсистемы и модули, имеющие свое специальное назначение и цель функционирования: иерархическая структура связей подсистем: иерархия критериев качества функционирования всей системы: сложность поведения системы, связанная со случайным характером внешних воздействий и большим количеством обратных связей: централизация и высокая степень автоматизации управления в системе; устойчивость к внешним и внутренним помехам и наличие самоорганизации: надежность системы в целом, обеспечивающая правильное и своевременное выполнение функциональных задач.
Каждый цикл функционирования КА складывается из ряда последовательных этапов. На каждом этапе функционирования КА каждая бортовая система включается в работу в соответствии с принятой иерархией и условиями применения. Каждая БС на том или ином этапе может функционировать автономно.
Одна из важнейших частей любой Б ЦВМ или БЦВС - ее модульное программное обеспечение. Эффективность обработки информации БЦВМ и системой в значительной степени зависит от структуры ПО, его взаимодействия с аппаратной частью и возможностей адаптации ПО к условиям применения КА.
Разрабатывается модульное ПО с учетом возможностей БЦВМ и назначения БЦВМ, совокупности основных задач, возлагаемых на БЦВМ, технических характеристик БЦВМ и ряда специфических требований, предъявляемых к КА.
Исходными данными для проектирования модульного ПО являются основные задачи, подлежащие решению на борту КА и требования к их реализации. Состав задач, решение которых возлагается на проектируемый БКУ КА, зависит от назначения КА, в соответствии с которым разрабатывается эта информационно-управляющая система. По мере расширения круга задач, решаемых на борту КА, и значительного их усложнения как в математической
постановке, так и алгоритмической, увеличиваются требования к БКУ и особенно к надежности ее технического, программного и информационного обеспечения. Для реализации выбранной совокупности задач разрабатываются алгоритмы. в задачу которых входит надежная обработка бортовой информации и строгое распределение во времени выполнения частных алгоритмов.
Анализ совокупности задач и режимов работы КА позволяет представить общий алгоритм функционирования в виде совокупности алгоритмов и модулей, функционально связанных между собой и реализующих единую задачу надежной обработки информации с требуемой точностью и заданной дискретностью выработки управляющих команд и сигналов (рис. 1.).
Анализ алгоритмов и моделей решения бортовых задач КА позволяет отметить следующие характерные их особенности: выполнение вычислений осуществляется в реальном и весьма жестком масштабе времени; большой объем модулей программ и строгая диспетчеризация их исполнения; наличие эпизодических задач, имеющих случайный характер включения их в общий вычислительный процесс; наличие программно-логических методов защиты алгоритмов от случайных сбоев, отказов аппаратуры и ошибок в исходной информации; наличие в средствах программного обеспечения тестов, обнаруживающих неисправности и прогнозирующих постепенные отказы системы.
Выходные данные
Рис. 1. Общий алгоритм функционирования
Перечисленные характерные особенности алгоритмов БКУ заставляют иметь в ее аппаратной части и программном обеспечении средства прерывания, службу диспетчеризации и развитую систему защиты.
ПО БКУ космического аппарата является эквивалентной формой представления (реализацией) алгоритмов управления и в значительной мере определяет логику, динамику и точность функционирования объекта управления. Взаимодействие ПО БКУ с физическим
оборудованием в реальном времени непосредственно в контурах управления сложно-протекающими необратимыми процессами в основных режимах работы объекта предопределяет предельно жесткие требования к качеству его проектирования и отладки и высокую трудоемкость. Результатом этого является существование критической зависимости качества, сроков и стоимости БКУ в целом от соответствующих характеристик ПО. Основным направлением решения этой проблемы является использование адекватной технологии проектирования ПО БКУ.
Технология проектирования ПО БКУ КА, охватывающая разработку управляющих алгоритмов и их модульную программную реализацию на БЦВМ, критическим образом определяет возможности реализации требуемых характеристик, качество, сроки и стоимость создания БКУ и объекта управления в целом. Уровень используемой технологии является решающим фактором достижения конкурентоспособности организаций, разрабатывающих БКУ КА. Центральное место в технологии проектирования ПО БКУ КА занимают проблемы его структуризации и динамической отладки. В понятие динамической отладки входит проверка работоспособности ПО при имитации внешних условий, максимально приближенных к реальным, и устранение замеченных ошибок. Основным результатом и завершающим актом динамической отладки являются аттестация качества ПО БКУ КА или формальные аттестационные испытания (ФАИ).
Особая роль разработки средств структуризации ПО и инструментальных средств динамической отладки в общей технологии создания БКУ КА определяется тем, что основные характеристики объекта управления в различных режимах работы, включая полетные, могут быть опосредованы через значения переменных управляющей программы, реализуемой БЦВМ. При натурных испытаниях ПО БКУ является одним из основных источников телеметрической информации о характеристиках и поведении объекта управления.
Таблица 1. Классификация СОД реального времени
Классы СОД РВ Название системы Средний интервал времени между решением однотипных задач (цикл решения) Допустимое время ожидания решения задач (допустимое время ответа)
Первый Автоматизированные системы управления отраслью экономики и народного хозяйства на уровне министерств и ведомств Несколько дней (например, декадный цикл) Минуты и даже часы
Второй Автоматизированные системы управления производством в масштабе цеха, завода и наиболее инерционными технологическими процессами Сутки, смена Доли минуты или несколько секунд
Третий Автоматизированные системы управления технологическими процессами (например, для химического, металлургического и др. технологических производственных процессов) Минуты Секунды
Четвертый Автоматизированные системы управления объектами менее инерционными, чем технологические процессы (например, системы контроля за полетом искусственных спутников земли) Десятки секунд, секунды Секунды, доли секунд
Пятый Автоматизированные системы управления объектами наименьшей инерционности (например, управление летальным аппаратом) Десятые и сотые доли секунды Миллисекунды и доли миллисекунды
Анализ показывает, что система обработки данных БКУ КА относится к классу систем жесткого реального времени (5 класс в табл. 1). СОД РВ данного класса является элементом, включенным непосредственно в контур управления сложно-протекающими необратимыми процессами. В силу этого характеристики состава СОД в значительной мере определяют
логику, точность и динамику - БКУ в целом. А это предопределяет предельно высокие требования к ее качеству, и прежде всего к надежности.
Для систем этого класса характерны циклическое решение задач управления с периодом квантования 10-200 мс и весьма высокие требования к скорости реакции на события, происходящие во внешней среде. Требуемое значение времен обработки прерываний и коммутации задач составляет единицы - десятки микросекунд. Время используется как параметр вычислений в отдельных алгоритмах и как управляющий параметр при реализации полной совокупности асинхронных динамических процессов управления объектом, образованных большим числом независимых источников активности (датчиков). Общим требованием является недопустимость потерь заявок на решение задач и получение результатов решений в строго регламентированные отрезки реального времени, определяемые логикой и динамикой процессов управления объектом.
Необходимо отметить следующую характерную особенность режима реального времени, реализуемого на КА. Дело в том, что при управлении КА в отдельных стадиях недостаточно ориентироваться лишь на календарное время реализации различных режимов и задач - следует учитывать их относительное (по отношению к темпу развития ситуаций) время.
При оперативном управлении КА необходимо вести тщательный учет баланса времени, сопоставляя имеющееся время с динамикой развития ситуации и вычисляя его резерв или дефицит. С этой целью при управлении КА следует рассматривать два вида времени -располагаемое и требуемое, которые находятся в противоречии. Располагаемое время Тр -время, в которое надо осуществить какие-либо мероприятие, чтобы обеспечить его успех. Это время, которое определяется динамикой развития ситуации и ее негативных последствий или устанавливается требованиями к режимам КА в виде некоторого директивного уровня, обычно также зависящего от динамики развития ситуации. Требуемое время Тт - время, необходимое для проведения некоторого мероприятия с учетом уровня подготовки, обеспеченности и состояния системы.
Ошибки учета реального времени при проектировании и разработке ПО БКУ КА относятся к наиболее трудно выявляемым и в значительной мере определяют общую высокую трудоемкость его создания.
В целом же ошибки в ПО БКУ КА связаны с потенциальной опасностью больших материальных потерь (аварии материальной части, задержки работ), а в ряде случаев непосредственно определяют безопасность работ на объекте управления. Положение усложняется недопустимостью отладки ПО при реальном использовании объекта. Это существенно повышает необходимость тщательного обоснования технологии проектирования программного и информационного обеспечения БКУ КА, его отработки и последующей аттестации.
Качество проведения системной отладки определяется временными и стоимостными затратами на ее проведение, эффективностью ее организации.
Под качеством комплекса программ БКУ КА на этапе системной отладки понимается степень соответствия его характеристик основным требованиям, отраженным в системных спецификациях. С истекшая отладка рассматривается как многоэтапный интерактивный процесс получения программного продукта с заданными значениями показателей качества.
Большое разнообразие, сложность и трудоемкость существующих способов разработки и отладки комплексов программ БКУ КА обусловливают необходимость создания методологии планирования и организации отладочных работ, формальных моделей и методов оптимизации отладки, обеспечивающих выбор стратегии, методов и средств обнаружения и локализации ошибок в соответствии с заданными критериями эффективности.
Основные проблемы повышения качества комплексов программ БКУ КА связаны с необходимостью отладки большого количества структурированных программных модулей, обеспечивающих сравнительно несложные преобразования больших объемов информации; большим количеством выполняемых функций; повышенными требованиями к времени отклика системы на запросы пользователя, к системе защиты от несанкционированного доступа, надежности, достоверности исходных данных.
Особенностью системной отладки таких комплексов программ БКУ КА является необходимость выявления при ее проведении не только программных, но и сложных алгоритмических ошибок, в том числе ошибок, связанных с просчетами в использовании ресурсов вычислительной техники; ошибок при выполнении основных функций; ошибок
сопряжения программных модулей комплекса; ошибок, приводящих к нарушению
функционирования системы защиты и средств восстановления.
Список литературы
1. Микрин Е.А., Суханов Н.А., Платонов В.Н., и др. Принципы построения бортовых комплексов управления автоматических космических аппаратов // Проблемы управления. 2014. № 3. С. 62-67.
2. Ковалевский С.С., Микрин Е.А., Пелихов В.П. Модели и методы анализа и предупреждения возникновения нештатных ситуаций при управлении функционированием долговременных орбитальных станций. / Институт проблем управления РАН. Препринт. М., 2011.
3. Черток Б.Е., Бранец В.Н., Микрин Е.А., Кнутов А.С. Эволюция вычислительных систем с элементами ИИ, применяемых в системах управления космическими аппаратами // Искусственный интеллект (Национальная академия наук Украины). 2012. № 4. С. 23-27.
4. Крат Н.М., Савин А.А., Шарыгин Г.С. Контрольнопроверочная аппаратура системы автономной навигации космических аппаратов // Доклады ТУСУРа. № 1 (31), март 2014. С. 28-32.
5. Белевич А., Белов В., Брусиловский В., Пожидаев В. Контрольно-проверочная аппаратура оптико-электронного телескопического комплекса // Современные технологии автоматизации. № 3. 2016. С. 44-50. [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.cta.ru/ (дата обращения: 05.06.2018).
6. Автоматизированная испытательная система для отработки, электрических проверок и подготовки к пуску космических аппаратов: пат. № 2245825. Рос. Федерация / Зеленщиков Н. И., Кашицин М.П. [и др.]. Опубл. 10.02.2015. Бюл. № 4.
ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ И ИХ УЯЗВИМОСТИ Капитонова Л.И.1, Ушакова А.А.2, Шална Н.А.3, Сторожева А.А.4
'Капитонова Людмила Ивановна — студент;
2Ушакова Анна Андреевна — студент;
3Шална Никита Андреевич — студент;
4Сторожева Анастасия Андреевна - студент, факультет информатики и систем управления, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
г. Москва
Аннотация: популярность нейронных сетей на сегодняшний день невозможно переоценить -практически любые компьютерные сервисы считают своим долгом внедрить модуль, функционирующий на основе нейросети. В данной статье была проанализирована статистика использования открытых датасетов для обучения нейросети, а также получена зависимость скорости обманывайся на примере различных датасетов. Ключевые слова: нейронная сеть, датасет, враждебная атака.
Нейронные сети с учителем используются в различных областях знаний, так например, возможно использовать сети такого типа в медицине: диагностика риска заболевания сахарным диабетом на основе состояния больного. В датасете, состоящем из анонимных записей имеется девять параметров. Последний из них, целевой, показывает, наблюдался ли у пациента сахарный диабет или нет (соответственно, 1 или 0).
Также, применять нейронные сети с учителем можно и в системах компьютерного зрения. Например, можно обучить свою сеть определять кто находится на фотографии: кот или собака. Для обучения нам используется датасет, который включает 25 тысяч фотографий, из них 12,5 тыс. фотографий котов и 12,5 тыс. фотографий собак.
Касательно датасетов - это бесчисленные массивы маркированных и аннотированных данных, отобранных специальными исследовательскими группами и компаниями. Так, например, существуют сервисы, сосредотачивающие наборы открытых датасетов, разделенных по классам использования: компьютерное зрение, речь и т.д. (например, сервис golos.io). [1, 93]
