CC BY
31Решетневскуе чтения. 2017
УДК 629.7
ПРОБЛЕМЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СТРУКТУР СЛОЖНЫХ СИСТЕМ СЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕИСТВИЯ НАЗЕМНЫХ ПУНКТОВ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ*
И. Н. Карцан, И. В. Ковалев, С. В. Ефремова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: kartsan2003@mail.ru
Рассматривается построение сложных структурированных систем наземного комплекса управления космическими аппаратами с учетом интенсивного телекоммуникационного развития.
Ключевые слова: наземный пункт управления, космический аппарат, телеметрия, передача информации, радиоканал.
PROBLEMS OF ANALYSIS AND SYNTHESIS OF STRUCTURES OF COMPLEX SYSTEMS OF NETWORK INTERACTION OF GROUND POINTS OF CONTROL OF SPACE APPLIANCES
I. N. Kartsan, I. V. Kovalev, S. V. Efremova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: kartsan2003@mail.ru
Consideration is given to the construction of complex structured systems of the ground control complex of space vehicles, taking into account the intensive telecommunication development.
Keywords: ground control station, space vehicle, telemetry, information transfer, radio channel.
Создаваемые информационно-управляющие системы на базе наземных комплексов управления космических аппаратов (НКУ КА) представляют собой сложные (большие) системы, характеризующиеся комплексным взаимное взаимодействием элементов, рассредоточенных на значительной территории, включая космическое пространство, и требующих для своего развития существенных затрат ресурсов и времени.
Важной проблемой при создании подобных систем является выбор их структуры, которая определяет состав элементов системы с соответствующими взаимосвязями, с учетом динамики их функционирования.
Проблема синтеза структуры сложных систем включает [1, 2]:
- синтез структуры управляемой системы, т. е. определение оптимального состава и взаимосвязей ее элементов, оптимального разбиения множества управляемых объектов на отдельные подмножества, обладающих заданными характеристиками;
- синтез структуры управляющей системы, т. е. выбор числа уровней и подсистем (иерархии управления), способов согласования целей подсистем различных уровней, создание контуров принятия решений, оптимальное распределение выполняемых функций между уровнями и узлами системы;
- выбор структуры системы передачи, обработки и обмена информации.
Решение задач, связанных с рациональным построением структур сложных систем, требует создания методологических основ формализации элементов и системы в целом, методов декомпозиции системы на подсистемы, построения формализованных моделей и методов синтеза структуры, автоматизированных информационно-управляющих систем, многомашинных комплексов и сетей связи, организационных НКУ и бортовых систем [3]. В настоящее время, данное научное направление интенсивно развивается, о чем свидетельствуют многочисленные журнальные публикации, а также проведение Всероссийских семинаров и школ по методам синтеза и планирования развития структур сложных систем. В последние годы, данные исследования были развиты и расширены на классы задач, позволяющих учитывать при синтезе структуры систем динамические характеристики их функционирования. В работе основное внимание уделяется изложению методологии синтеза структуры сложных систем на базе сочетания оптимизационных и имитационных моделей, позволяющих учитывать динамику функционирования проектируемой системы и ее элементов на этапе выбора структуры [4].
*Работа выполнена при финансовой поддержки Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение от «26».09.2017 г. № 14.577.21.0246, уникальный идентификатор проекта ММЕП57717Х0246).
Малые космические аппараты: производство, эксплуатация и управление
Существенное влияние на структуру систем управления оказывает развитие средств вычислительной техники НКУ КА (появление многопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов и сетей ЭВМ), а также бортовых вычислительных комплексов и систем обмена информацией. Все это увеличивает число анализируемых вариантов построения системы, повышает требования к эффективности и качеству принимаемых проектных решений по выбору структуры системы.
Одним из характерных примеров сложных систем является распределенная наземная система управления космическими аппаратами, обеспечивающая функционирование спутниковой системы связи и навигации [5].
Подобные системы включают следующие элементы: наземные измерительные пункты (НИП), расположенные на территории страны, морские измерительные пункты и станции слежения, базирующиеся на научно-исследовательских судах (НИС), узлы связи (УС), спутники связи (СС), центры обработки научной информации (ЦОНИ) и центр управления полетами (ЦУП).
Задачи синтеза структуры рассматриваемых систем включают:
- определение оптимального числа, расположения и вариантов построения элементов системы;
- распределение функций управления по элементам системы и выбор варианта реализации задач управления;
- выбор мероприятий по обеспечению требуемой живучести систем;
- распределение функций и задач между техническими средствами;
- выбор и распределение технических средств по элементам системы и т. д.
Задача синтеза структуры с использованием данной формализации состоит в поиске оптимального отображения множества взаимосвязанных функций (задач, массивов и процедур) и вариантов их выполнения I на множество взаимосвязанных узлов системы и вариантов их построения I, задаваемых соответственно альтернативными графами в1 и в! Результатом такого отображения, в свою очередь, является альтернативный граф во (Но, Бо), который формализует множество возможных вариантов структуры системы. Характерной особенностью данного графа является многодольность. Отдельные доли графа отражают варианты распределения каждой из функций по узлам системы, а дуги графа характеризуют взаимосвязи между ними.
Возникающие постановки задач классифицируются: по наличию и способу формализации вариантов построения элементов и характеру взаимосвязей между элементами графа; по свойствам графа; по виду целевых функций и ограничений.
Определены основные задачи синтеза структуры рассматриваемого класса систем, которые включают: определение оптимального числа, расположения и вариантов построения элементов системы; распределение функций управления по элементам системы и выбор варианта реализации задач управления; выбор
мероприятий по обеспечению требуемой живучести систем; распределение функций и задач между техническими средствами; выбор и распределение технических средств по элементам системы.
Показано, что при создании новых и совершенствовании существующих НКУ КА важным этапом является разработка структуры системы, в рамках которого выбираются принципы построения системы, определяются перечень функций и задач управления, которые должна выполнить система в соответствии с выбранным принципом построения.
Библиографические ссылки
1. Карцан И. Н. Наземный комплекс управления для малых космических аппаратов // Сиб. журн. науки и технологий. 2009. № 3 (24). С. 89-92.
2. Антамошкин О. А., Ковалев И. В., Усольцев А. А. Совершенствование процессов проектирования бортовых систем обмена информацией // Вестник НИИ СУВПТ : сб. науч. тр. / под общей ред. Н. В. Василенко. Красноярск : НИИ СУВПТ. 2003. С. 60-69.
3. Жукова Е. С., Карцан И. Н. Обеспечение конфиденциальности информации в центре управления полетами // Сиб. журн. науки и технологий. 2009. № 3 (24). С. 93-97.
4. Карцан Р. В., Карцан И. Н. Беспроводной канал передачи информации, и ее защита // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. Т. 1. С. 494-496.
5. Карцан И. Н. Оценка ресурсного потенциала космических систем // Современные проблемы радиоэлектроники : сб. науч. тр. участников ежегодной Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых и студентов, посвящ. 122-й годовщине Дня радио / Сиб. федер. ун-т ; Ин-т инж. физики и радиоэлектроники. 2017. С. 226-228.
References
1. Kartsan I. N. Ground control complex for small space vehicles // Siberian Journal of Science and Technology. 2009. № 3 (24). P. 89-92.
2. Antamoshkin O. A., Kovalev I. V., Usoltsev A. A. Perfection of the processes of designing on-board information exchange systems // Vestnik SRI VSVPT: Sb.nauch.tr. / Under the general ed. Prof. N.V. Vasilenko; Krasnoyarsk: SRI of the Subordinate Information System. 2003. P. 60-69.
3. Zhukova E. S., Kartsan I. N. Ensure the confidentiality of information in the Mission Control Center // Siberian Journal of Science and Technology. 2009. № 3 (24). P. 93-97.
4. Kartsan R. V., Kartsan I. N. A wireless data transmission channel, and its protection // Actual problems of aviation and cosmonautics. 2015. Vol. 1. P. 494-496.
5. Kartsan I. N. Evaluation of the resource potential of space systems // Modern problems of radio electronics, a collection of scientific papers of the annual All-Russian Scientific and Technical Conference of Young Scientists and Students, dedicated to the 122nd anniversary of Radio Day. Siberian Federal University, Institute of Engineering Physics and Radioelectronics. 2017. P. 226-228.
© Карцан И. Н., Ковалев И. В., Ефремова С. В., 2017
