CC BY
40
Доклады БГУИР
2016 № 3(97)
УДК 346.543.2:311.214
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРСПЕКТИВНЫХ ОБРАЗЦОВ РАДИОТЕХНИКИ МЕТОДОМ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ
А.В. ГРИНКЕВИЧ
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки, 6, Минск, 220013, Беларусь
Поступила в редакцию 1 октября 2015
Разработка перспективных образцов радиотехники связана со значительным расходом материальных и денежных ресурсов, в связи с этим необходим методический аппарат прогнозирования потенциальных характеристик разрабатываемого изделия и оценки его перспективности. Полученные результаты могут использоваться при выработке решений по разработке, производству и эксплуатации сложных радиотехнических систем
Ключевые слова: радиотехническая система, прогнозирование характеристик, технический уровень образца.
Введение
В настоящее время в Республике Беларусь сохранилась и продолжает активно развиваться производственная база по проектированию и производству сложных радиотехнических систем. Обеспечение выпуска современной и конкурентоспособной продукции - одна из главных задач производства. В ее решении важная роль отводится обоснованию тактико-технических характеристик создаваемого образца техники на этапе разработки тактико-технического задания и возможностей технической реализации его характеристик при производстве. Так, на этапе согласования тактико-технического задания, часто возникает проблема несоответствия требований, предъявляемых к характеристикам разрабатываемой радиотехнической системы, и возможностей их технической реализации. В результате возможны следующие ошибки:
- предъявляются требования к тактико-техническим характеристикам образца, превышающие существующие возможности их технической реализации;
- разрабатывается неконкурентоспособный образец, по своим характеристикам не соответствующий мировым аналогам.
Решение указанной проблемы возможно разработкой методического аппарата позволяющего выполнять прогноз реально достижимых значений тактико-технических характеристик (ТТХ) разрабатываемого изделия на установленный период.
Методика прогнозирования характеристик перспективного образца радиотехники
Основываясь на международном стандарте [1], где под перспективным образцом продукции понимается образец, характеризуемый прогнозируемой совокупностью реально достижимых значений показателей качества и соответствующий передовым научно -техническим достижениям на установленный период. Выполним прогнозирование потенциально достижимых уровней ТТХ перспективной радиотехнической системы на основе анализа развития науки и техники и данных о предыстории его аналогов.
Для определения потенциально достижимых уровней ТТХ целесообразно применять статистические методы прогнозирования (экстраполяции, регрессивного и корреляционного анализа). Основой данных методов являются данные о состоянии объекта прогнозирования в прошлом и определение его состояния в будущем при определенных условиях. Для
прогнозирования уровней развития основных характеристик образца техники предложен метод экстраполяции, в котором неизвестные параметры аппроксимирующей функции определяются методом средних [2].
В качестве исходных данных для прогнозирования выберем основные характеристики образца техники, оказывающие непосредственное влияние на выполнение поставленных задач. Рассмотрим изменение ТТХ на примере миноискателей (табл. 1). Представленные образцы сортируются по годам выпуска, из каждой группы выбираются наиболее эффективные из них [3, 4].
Таблица 1. Изменение тактико-технических характеристик миноискателей с 1940 по 2010 гг.
Технические ТТХ миноискателей по годам
характеристики ВИМ-625 УМИВ ИМП ИМП-2 ММП 19/2 «Уайт»
Год выпуска 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Глубина обнаружения противотанковой мины, см: 35 40 40 45 50 50 80 120
Глубина обнаружения противопехотной мины, см: 3 4 8 8 10 10 14 20
Производительность поиска, м2/ч:
В положении «лежа» 100 100 120 150 140 150 180 180
В положении «стоя» 200 200 250 300 180 300 400 400
Количество ложных - - - до 1000 - до 500 до 200 до 5
срабатываний на одну обнаруженную мину
Вероятность обнаружения мины - - - более 0,8 - более 0,9 - более 0,95
Для снижения влияния случайной составляющей в числовом ряду исходных данных применим их сглаживание методом скользящей средней по трем точкам с помощью многочленов первой степени:
~о =1 (У-1 + Уо + У+1), (1)
=1 (5У-1 + 2Уо " У+1), (2)
6
~+1 = 1 ( - У-1 + 2Уо + 5У+1) , (3)
6
где У0, ~ - значение исходной и сглаженной функции в средней точке; У_х, - значение исходной и сглаженной функции левее средней точки; У+1, ~+1 - значение исходной и сглаженной функции правее средней точки.
Формулы (2), (3) применяются на краях интервала. При необходимости цикл сглаживания повторяется. Расчетные сглаженные характеристики представлены в соответствующих строках табл. 2.
Следующим этапом прогнозирования является подбор аппроксимирующей функции, с достаточной точностью описывающей исследуемый процесс развития ТТХ образца техники во времени. При осуществлении выбора аппроксимирующей функции для 7-й характеристики определено, что наиболее близкой к искомой функции является кубическая парабола вида:
У^) = а + о£ + аъг2 + а^, (4)
где а, а, а, а - неизвестные параметры функции, подлежащие определению; ^ - переменная (в нашем случае это время, в течение которого происходит изменение ТТХ). При проведении расчетов переменной ^ присваивались значения в виде натуральных чисел от 1 до 8 соответственно рассматриваемому году с 1940 по 2010 гг. (табл. 1). Для определения неизвестных параметров аппроксимирующей функции использовался метод средних, основанный на минимизации алгебраической суммы отклонения точек от аппроксимирующей кривой. Критерий оптимальности записывался в виде:
y - f (xi'ai? a2i'"?am)] ^min , (5)
1=1
где yi, Xi - ордината и абсцисса i-й точки ряда; a1,a2,...,am- параметры аппроксимирующей кривой.
Для определения неизвестных параметров функции, согласно указанному методу, составлена система уравнений (4) для четырех точек (ti = 1, fc = 3, t3 = 6, t4 = 8) [5]:
a1 + a2 + a3 + a4 -36 = 0,
I — n
(6)
a1 + 3a2 + 9a3 + 27a4 - 42 = 0,
а + 6а2 + 36а3 + 216а4 -60 = 0, ах + 8а2 + 64а3 + 512а4 -118 = 0.
В результате решения системы уравнений (6) получены значения искомых параметров:
а\ = 25; аг = 16,03; аз = - 5,114; а4 = 0,571. Соответственно, аппроксимирующая функция записывается в виде
= 25 +16,03? - 5,114*2 + 0,571?3. (7)
Точность приближения аппроксимирующей функции к реальному процессу можно оценить по величине вариации, вычисляемой согласно выражению:
5 = х100%, (8)
2 *2 у2 - У*
где у - значение реальной функции, взятое из табл. 1; у* - значение аппроксимирующей функции, вычисленной по (7).
Коэффициент вариации 5 измеряется в % и показывает расхождение между аппроксимирующей и реальной функциями, описывающими исследуемый процесс. Чем меньше значение 5, тем меньше расхождение между указанными функциями. Коэффициент вариации порядка нескольких процентов говорит о достаточном сходстве между аппроксимирующей и реальной функциями. По результатам расчетов 5« 2,6 %, что говорит о приемлемости полученного результата. Для рассматриваемых характеристик значения аппроксимирующей функции в соответствующие интервалы времени, вычисленные в соответствии с (7), представлены в табл. 2.
Таблица 2. Характеристики миноискателей, вычисленные по аппроксимирующим функциям
Технические характеристики Расчетные значения ТТХ миноискателей по годам
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Глубина обнаружения ПТМ, см 36 41 42 44 49 60 82 118 171
Глубина обнаружения ППМ, см 3 5 6,6 8 9,7 12 15,4 20,1 27
Производительность поиска, м2/ч: лежа 97 110 123 136 149 162 175 188 201
стоя 189 217 236 254 275 306 352 419 513
Количество ложных срабатываний на - - - 1000 698 432 202 8 0,001
одну обнаруженную мину
Вероятность обнаружения мины - - - 0,802 0,84 0,878 0,916 0,954 0,992
Анализ полученных значений (табл. 2) показывает, что к 2020 году прогнозируется улучшение характеристик миноискателей. Увеличивается производительность поиска взрывоопасных объектов, возрастает максимальная глубина их обнаружения, которая на примере противопехотной мины составляет до 27 см. Прогнозируется существенное снижение количества ложных срабатываний до 10-3 на одну обнаруженную мину и повышение вероятности их обнаружения до 0,992.
Заключение
Предложенный метод прогнозирования характеристик перспективных образцов радиотехники использован для оценки перспектив использования миноискателей [3, 6, 7].
Натурные испытания с использованием макета перспективной системы подповерхностного зондирования, выполненные в [3, 7, 8], подтвердили полученные расчетные значения (табл. 2). Установлено, что глубина обнаружения малоразмерной противопехотной мины (ППМ) составляет порядка 30 см. Вероятность обнаружения мины увеличивается (стремится к величине
0.99., а количество ложных срабатываний снижается (стремясь к величине 10-3). Такие результаты стали возможны за счет разработки современных алгоритмов обнаружения, измерения и распознавания заглубленных объектов [3, 6-8].
PREDICTION OF RADIO SYSTEM CHARACTERISTICS BY EXTRAPOLATION
A.V. HRUNKEVICH Abstract
The development of modern technique sample associated with a significant consumption of material and financial resources. In this regard methodological apparatus for forecasting potential characteristics of developed sample and assess its prospects is necessary. The results can be used by making decisions on the design, manufacture and operation of complex radio technical systems.
Keywords: radio technical system, characteristics prediction, technical level of the sample.
Список литературы
1. ГОСТ 2.116-84: Карта технического уровня и качества продукции.
2. Тумащик В.А., Гринкевич А.В., Гуринович А.Н. // Наука и военная безопасность. 2015. № 1. С. 44-51.
3. Обоснование возможностей применения радиолокационного способа обнаружения взрывоопасных объектов на основе адаптивных методов обработки сигналов и экспериментальные исследования системы подповерхностного зондирования. Разработка рекомендаций по применению радиолокационного способа обнаружения взрывоопасных объектов (шифр «Грунт»): отчет о НИР (промежуточный) / ГУ «НИИ ВС РБ»; рук. темы С.А. Савенко. Минск. 2013.
4. Гринкевич А.В., Брязгин Е.Ю., Савенко С.А. // Наука и военная безопасность. 2012. № 3 С. 31-36.
5. ГОСТ Р 54500.1-2011/ Руководство ИСО/МЭК 98-162009. Неопределенность измерения. Введение в руководство по неопределенности измерения.
6. Брязгин Е.Ю., Гринкевич А.В. // Докл. БГУИР. 2014. № 7 (85). С. 14-20.
7. Перспективные направления развития системы подповерхностного зондирования // Обоснование возможностей применения радиолокационного способа обнаружения взрывоопасных объектов на основе адаптивных методов обработки сигналов и экспериментальные исследования системы подповерхностного зондирования. Разработка проекта технического задания на проведение ОКР по изготовлению опытного образца системы подповерхностного обнаружения взрывоопасных объектов (шифр «Грунт»): отчет о НИР (заключительный) / ГУ «НИИ ВС РБ»; рук. темы С.А. Савенко. Минск, 2014.
8. Савенко С.А., Малевич И.Ю., Чугай К.Н. и др. // Наука и военная безопасность. 2013. № 3. С. 20-27.
