CC BY
27
Kolobaev Nikita Sergeevich, 2nd category engineer, postgraduate, nikitakolobaev1993@rambler.ru, Russia, Tula, JSC «KBP named after Academician A. Shipunov»,
Krivitskaya Yulia Andreevna, engineer, juliazasypkina@yandex. ru, Russia, Tula, JSC «KBP named after Academician A.Shipunov»
УДК 623.55.025
СЕРВИСНЫЕ АЛГОРИТМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
ЗЕНИТНОГО КОМПЛЕКСА
П.Н. Мельников
Проведен анализ структуры и принципов построения сервисного алгоритмического обеспечения вычислительной системы зенитного комплекса вооружения.
Ключевые слова: сервисные алгоритмы зенитного ракетно-артиллерийского комплекса вооружения.
Под сервисными алгоритмами зенитного ракетно-артиллерийского комплекса вооружения будем понимать алгоритмы, напрямую не связанные с боевым применением оружия. К таким алгоритмам можно отнести алгоритмы контроля аппаратуры, настройки и взаимной юстировки систем комплекса, регистрации и обработки телеметрической информации, отображения информации, тренировки экипажа, а также имитации работы внешних систем комплекса.
Алгоритмы контроля аппаратуры реализуются в программном обеспечении вычислительной системы, которая сама является составной частью зенитного комплекса. По этой причине эту часть программного обеспечения называют программным обеспечением самоконтроля комплекса, а вычислительную систему - ядром комплексной самопроверки. Решение задачи контроля комплекса в такой постановке требует от разработчика вычислительной системы обеспечить надежность вычислений, сравнимую или превышающую надежность работы проверяемых систем зенитного комплекса. Современный уровень развития вычислительной техники позволяет обеспечить требуемую надежность вычислений в гораздо более жестких условиях эксплуатации, чем условия эксплуатации зенитной техники. Например, эксплуатация вычислительной техники на производствах непрерывного типа, а также - в космосе. Своеобразие жизненного цикла оборудования зенитного комплекса заключается в том, что его аппаратура практически всегда находится либо в выключенном состоянии, либо включена для обеспечения управления комплексом в дежурном состоянии, которое может непрерывно длиться десятки часов. Непосредственно боевое применение оружия длится единицы минут. Однако следу-
447
ет заметить, что боевое применение оружия, как правило, сопровождается одномоментным включением мощных потребителей электроэнергии (приводов наведения артиллерийских автоматов и пусковых установок ракет).
Таким образом, нет серьезных причин, чтобы при условии обеспечения требуемой надежности вычислений в течение всех этапов жизненного цикла аппаратуры комплекса, использовать вычислительную систему в качестве основного устройства, на котором строится архитектура самоконтроля зенитного комплекса вооружения. А из этого решения следует необходимость начинать процесс самопроверки комплекса с самоконтроля именно вычислительной системы.
Алгоритмы самоконтроля включают в себя алгоритмы контроля аппаратуры по включению питания и контроля аппаратуры в процессе работы (состояния дежурное и боевое). Самоконтроль вычислительной системы по включению питания предлагается начинать с проверки целостности программного обеспечения. В отечественной практике алгоритмы контроля целостности программного обеспечения получили общее название алгоритмов контрольного суммирования (в иностранной практике - алгоритмов хеширования данных, расчета сигнатур). Затем следует проверка работоспособности оперативной памяти. Для многопроцессорных вычислительных систем назначаются проверки аппаратуры связи между процессорами.
Объем проверок работоспособности отдельных устройств вычислительной системы (аналого-цифровых, цифро-аналоговых, цифровых каналов связи) существенно зависит от заложенных при конструировании возможностей устройств к автоматическому тестированию. Возможность внутреннего замыкания сигналов выход-вход без выдачи во внешнюю линию оформилась как необходимое требование при обеспечении контролепригодности аппаратуры вычислительной системы зенитного комплекса. На проведение контроля аппаратуры по включению питания отводится фиксированное время. Это время рассчитывается, исходя из условий выхода на рабочий режим всех устройств зенитного комплекса, и составляет десятки секунд. Необходимость как можно качественно провести контроль аппаратуры в отведенное время после включения питания объясняется тем, что это последняя возможность проведения самопроверок до боевого применения оружия. Возможности самоконтроля аппаратуры в состояниях зенитного комплекса «дежурное» или «боевое» крайне ограничены, так как аппаратура задействована на выполнении штатных задач. Как правило, в рабочих состояниях комплекса сохраняется процедура контроля целостности программного обеспечения вычислительной системы.
По окончании реализации алгоритмов самоконтроля вычислительной системы (блоков процессоров, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, блоков цифровых каналов связи, блоков хранения информации, блоков разовых команд) осуществляется проверка работоспособности аппаратуры отдельных систем зенитного комплекса, внешних по отношению к вычислительной системе (систем сопровождения цели, раке-
ты и систем наведения оружия). В конструктивные решения этих систем должны быть заложены возможности проведения таких проверок, а в протоколах связи между вычислительной системой и проверяемыми системами зенитного комплекса необходимо ввести сигналы, переводящие системы комплекса в состояние контроля. Если алгоритмы контроля аппаратуры по включению питания оформить в обособленные тестовые программные единицы, то это позволит подключать их отдельно при выполнении регламентных работ зенитного комплекса. А реализация возможностей подключать проверочные процедуры разово, циклически, до возникновения сбойной (отказной) ситуации существенно упрощает поиски неисправностей в аппаратуре зенитного комплекса.
Алгоритмы настройки и взаимной юстировки систем зенитного комплекса выполняются в условиях технологического обслуживания оборудования. При этом возможно привлечение дополнительных технологических устройств (например, трубок холодной пристрелки, юстировочных щитов и станций). Алгоритмы настройки систем, включающих автоматические приводные устройства, позволяют установить требуемые динамические и точностные характеристики для систем сопровождения цели, ракеты и систем наведения оружия.
Настроечные алгоритмы формируют управляющие сигналы, которые подаются на исполнительные органы приводов наведения, а также осуществляют оценку реакции систем комплекса на поданные воздействия. Перечень управляющих сигналов достаточно широк и включает: скачки сигналов различного уровня; различные скоростные воздействия; колебательные воздействия с различными амплитудами и частотами; сигналы, имитирующие перебросы приводных систем при целеуказании; сигналы аварийного торможения, а также сигналы комплексного наведения всех систем комплекса при имитации пролетной траектории цели с различными скоростями и параметрами. Юстировочные алгоритмы позволяют установить требуемую точность взаимной ориентации осей систем сопровождения цели, ракеты и наведения орудия стрельбы, а также осей систем захвата цели на сопровождение и систем целеуказания.
Алгоритмы имитации внешних воздействий, которые подаются на вычислительную систему, предназначаются для отладки боевого программного обеспечения в процессе его разработки, а также в процессе его эксплуатации (при разборе нештатных ситуаций применения оружия). Имитационные алгоритмы представляют собой алгоритмические модели поведения систем зенитного комплекса, внешних по отношению к вычислительной системе. Имитационные алгоритмы включают моделирование траекторий цели с различными параметрами (в статике и динамике), моделирование перемещения основания, на котором размещается зенитный комплекс (например, качки, курс и линейные перемещения корабля), моделирование целеуказания с различными углами переброса приводных систем комплекса. Моделированию подвергаются процессы приема информации, причем моделирование реализуется в соответствии со штатными
протоколами обмена между вычислительной системой и связанными с ней системами комплекса. Также моделированию подвергается ответная реакция систем комплекса на действия вычислительной системы (например, имитация перемещения артиллерийского орудия).
Алгоритмы регистрации и обработки телеметрической информации предназначаются для отладки боевого программного обеспечения в процессе его разработки и эксплуатации комплекса, для оценки изменения точностных и динамических характеристик систем, а также для документирования результатов применения вооружения. Важным требованием к аппаратуре регистрации является требование непосредственной записи сохраняемых данных в энергонезависимую память (например, во Flash память). Энергонезависимая память обеспечивает сохранность информации после снятия энергопитания с комплекса, и что особенного важно - внезапного или не санкционированного. Запись данных осуществляется порциями (массивами) с определенной частотой повторения. Размер массива, частота повторения и объем располагаемой энергонезависимой памяти определяют время непрерывной регистрации телеметрической информации. Например, при регистрации 192 байтов с частотой 100 герц при установленной Flash памятью в 64 мегабайтов время регистрации составит около одного часа, что вполне достаточно в условиях боевого применения зенитного оружия.
Основное требование к алгоритмам регистрации - это полнота телеметрической информации. Иными словами, анализ совокупности телеметрических данных должен позволять однозначно судить о состоянии процесса управления оружием. Однако на практике достичь такого результата невозможно из-за сложности в организации программного обеспечения и хранения большого объема данных промежуточных вычислений. Чтобы обеспечить приемлемое решение, прибегают к различного рода ухищрениям. Например, формируют несколько телеметрических массивов данных, наиболее полно отображающих отдельные состояния работы зенитного комплекса. При этом на регистрацию передаются данные, которые формируются в конкретном состоянии комплекса. Как правило, регистрации подвергается входные и выходные данные вычислительной системы, к ним добавляются данные, хранящиеся в оперативной памяти, которые наиболее концентрированно отражают результат решаемой задачи управления вооружением. Для выполнения требования полноты телеметрической информации необходимо назначать частоту повторения циклов записи массивов данных, равной частоте решения задачи управления вооружением.
Предлагается размещать алгоритм регистрации числовых телеметрических данных в управляющей вычислительной системе, а алгоритм графической визуализации, обработки данных, архивирования и документирования телеметрической информации - в персональном компьютере. Такое техническое решение позволит наиболее эффективно использовать индивидуальные особенности управляющей и персональной вычислитель-
ной техники. Для передачи числовых данных из управляющего вычислителя в персональный компьютер необходимо разработать цифровой канал обмена информацией (например, USB, Ethernet).
Регистрация видеоинформации (сохранение данных с телевизионных мониторов комплекса, с камер наблюдения за экипажем) дает возможность для проведения объективного анализа результатов применения вооружения. Решение этой задачи предполагает наличия в комплексе аппаратуры захвата видеосигнала и большого объема памяти для хранения изображения. При детальном анализе всех регистрируемых данных (числовых, видео) важным является решение задачи синхронизации моментов съема данных различными источниками.
Алгоритмы тренировки оператора предназначаются для профессионального обучения номера расчета зенитного комплекса. Чтобы сделать процесс обучения менее затратным, его стремятся реализовать без прямого участия систем, внешних по отношению к зенитному комплексу (например, общекорабельных). А это, в свою очередь, требует разработки алгоритма моделирования (имитации) процесса обмена данными между вычислительной системой и внешними системами комплекса. По тем же соображениям затратности и технологичности из процесса тренировки исключают реальную цель (установку щитов, запуск мишеней, облеты самолетами или вертолетами). Траектория движения цели моделируется вычислительной системой. Набор моделируемых траекторий может быть весьма разнообразен: горизонтальный полет, змейка, горка, пикирование, боевой разворот, полу петля, петля, косая петля.
Численная модель с одинаковыми начальными условиями обладает свойством повторяемости результатов моделирования, что важно для процесса обучения человека-оператора. Например, оператор, осваивая приемы ручного сопровождения цели, путем многократного повторения одного и того же эксперимента имеет возможность совершенствовать свои профессиональные навыки. Кроме моделирующих алгоритмов в состав алгоритмов тренировки включают алгоритмы оценки действий оператора в контуре управления вооружением (например, алгоритмы оценки точности сигналов ручного сопровождения цели, алгоритмы оценки времени реакции оператора на захват и сопровождение внезапно появившейся цели).
Алгоритмы отображения информации на индикационной панели (мониторе), которая входит в состав управляющей вычислительной системы, предназначаются для визуализации прохождения процессов контроля, настройки и юстировки систем комплекса. В ручном режиме управления комплексом алгоритмы отображения предназначаются для вывода на монитор данных, позволяющих оператору вести эффективную стрельбу (например, текущее положение цели, времена до входа и нахождения цели в зоне стрельбы орудия). В автоматическом режиме управления (без участия оператора) алгоритмы отображения предназначаются для вывода на монитор данных, позволяющих оператору определить не штатную работу комплекса и вмешаться в процесс управления стрельбой (например, выяс-
нить причину запрета стрельбы). Учитывая психофизические возможности человека и его склонность к восприятию информации через образы, предлагается в алгоритмах отображения использовать, кроме числовых данных, цветные мнемонические схемы и графическую анимацию (например, для изображения текущего положения поворотных механизмов пусковых установок).
В заключение можно отметить, что, хотя сервисное алгоритмическое обеспечение вычислительной системы зенитного комплекса и выполняет вспомогательные функции, действия всех составляющих его алгоритмов направлены на достижение основной цели - повышение боевой эффективности зенитного комплекса. На этот ресурс роста эффективности разработчики стали обращать внимание по мере развития возможностей вычислительной техники, когда появились свободные мощности по производительности и объему памяти. И этот потенциал развития сервисного алгоритмического обеспечения пока не исчерпан. Если полностью снять ограничения на технические характеристики вычислительной техники, то появится возможность проводить синтез алгоритмов зенитного комплекса без разделения их на основные (боевые) и вспомогательные (сервисные). А это, в свою очередь, позволит разработать не только адаптивные само настраиваемые алгоритмы управления, но и алгоритмы, обучаемые в процессе всего жизненного цикла вооружения.
Мельников Петр Николаевич, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, peteraolvs.miee.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский университет электронной техники
SERVICE ALGORITHMS ANTI-AIRCRAFT ARTILLERY WEAPON SYSTEM
P.N. Melnikov
In the present work the analysis of the structure and principles of service algorithm software computing anti-aircraft weapons systems.
Key words: service algorithms anti-aircraft artillery weapon system.
Melnikov Peter Nikolaevich, candidate of technical sciences, researcher, peter®,olvs. miee. ru, Russia, Moscow, National Research University of Electronic Technology
