Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

Тюпкин М.В., Царев Р.Ю.

Одной из характерных особенностей современного развития автоматизированных систем управления является усложнение структуры различных подсистем, включая компоненты космического базирования, что, в первую очередь, обусловлено ростом размеров и сложности процессов обработки и передачи информации и процессов управления самими подсистемами. Это выдвигает ряд проблем, связанных с научно-обоснованным построением структуры систем управления летательными аппаратами, эффективным формированием состава подсистем передачи и обработки информации, включая космический сегмент.

Актуальными являются вопросы постановки и формализации задач синтеза структур, разработки оптимизационных и имитационных моделей, а также построения на их основе процедур синтеза структуры автоматизированных систем управления (АСУ) летательными аппаратами, позволяющих учитывать динамику функционирования элементов системы.

В связи со сложностью постановки и решения задач синтеза структуры сложных систем управления наибольший эффект от их использования может быть достигнут в настоящее время при создании крупномасштабных и типовых систем массового использования [1]. Существенное влияние на структуру систем управления оказывает развитие средств вычислительной техники наземного комплекса АСУ летательными аппаратами (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 и дальнейшему развитию структуры системы.

При создании новых и совершенствовании существующих АСУ летательными аппаратами важным этапом является разработка структуры самой системы [2]. При этом выбираются принципы построения системы, определяются перечень функций и задач у правления, которые должна выполнить система в соответствии с выбранным принципом (функции управления движением летательного аппарата, управления специальными приборами и автоматической аппаратурой, диагностики технических средств, функции жизнеобеспечения, измерения и передачи информации в системе). Проектируются и создаются элементы системы (наземные измерительные пункты, центр управления полетами, станции слежения, базирующиеся на научно-исследовательских судах, разнообразные технические средства управления и связи).

Наиважнейшим составным элементом АСУ летательными аппаратами является распределенная крупномасштабная телекоммуникационная система, включающая отраслевые и региональные сети центров обработки цифровой информации.

Наземные измерительные пункты размещаются таким образом, чтобы своими зонами радиовидимости (зонами доступности) они перекрыли возможно большую часть территории, над которой пролетают летательные аппараты [3]. Морские измерительные пункты непосредственно перед запуском занимают определенные места в акватории Мирового океана. Типовой наземные измерительные пункты содержит: станции приема телеметрической информации, траекторных измерений, передачи команд на борт летательных аппаратов, приема информации и спутниковой связи, групп управления, баллистических расчетов и оперативной обработки телеметрической информации и службу единого времени.

Одной из важнейших управленческих функций системы является проведение орбитальных измерений для прогнозирования параметров орбиты летательного аппарата. Траекторные измерения начинаются сразу же после выведения аппарата на орбиту, по результатам которых рассчитываются параметры движения и время его очередного прохождения в зоне радиовидимости наземных измерительных пунктов. Как правило, траекторные измерения производятся с нескольких измерительных пунктов, так как измерений, выполненных в одной точке земного шара, недостаточно для точного определения и прогнозирования параметров движения.

Траекторная информация от наземных измерительных пунктов поступает в центр управления полетами, где баллистическая группа определяет точную орбиту, накладывает ее на расчетную и в зависимости от результатов принимает решение о целесообразности ее коррекции, о соответствии или несоответствии орбиты программе полета.

Информация о режимах функционирования оборудования и аппаратуры, а также данные о научно-технических экспериментах и исследованиях, проводимых на борту аппаратов, принимаются радиотелеметрическими станциями на наземных измерительных пунктах и станциях слежения и по каналам связи передаются в центр управления полетами. Часть информации может оперативно обрабатываться непосредственно на измерительных пунктах. Информация анализируется специалистами, делается заключение о состоянии приборов и систем аппарата, принимается решение об осуществлении тех или иных управляющих воздействий. Помимо оперативной обработки, телеметрическая информация проходит полную обработку, результаты которой используются учеными, конструкторами для оценки работы системы.

Задачи синтеза структуры автоматизированных систем управления летательными аппаратами 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.

Формализация задачи синтеза структуры АСУ летательными аппаратами должна быть выполнена с учетом ряда технико-экономических требований на двух уровнях описания: уровне функциональных задач управления и уровне элементов организационной структуры системы (узлов управления). С использованием данной формализации решение задачи синтеза структуры состоит в поиске оптимального отображения множества взаимосвязанных функций (задач) и вариантов их выполнения на множество взаимосвязанных узлов системы и вариантов их построения, задаваемых соответственно альтернативными графами. 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.

Решение задач, связанных с рациональным построением струк тур АСУ летательными аппаратами, требует создания методологических основ формализации элементов и системы в целом, методов декомпози ции системы на подсистемы, построения формализованных моделей и методов синтеза структуры автоматизированных информа ционно-управляющих систем, многомашинных комплексов и сетей связи; организационных (АСУ наземным комплексом) и бортовых систем.

В настоя щее 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 исследования были развиты и расширены на классы задач, позволяющих учитывать при синтезе структуры систем динамические характеристики их функционирования. При этом основное внимание уделялось изложению методологии синтеза структуры сложных систем на базе сочетания оптимизационных и имитационных моделей, позволяющих учитывать динамику функционирования проектируемой системы и ее элементов на эта пе выбора структуры.

Базируясь на оптимизационно-имитационном подходе применительно к син тезу структур сложных систем, можно обеспечить совместное использование в процессе синтеза оптимизационных и имитационных моделей, их рациональное взаимодействие в оптимизационно-имитационных процедурах, описывающих как состав и взаимосвязи структур ных элементов системы, так и динамические и стохастические ас пекты их функционирования.

Данная методология, модели и методы ранее уже были ап робированы и внедрены при решении задач синтеза структуры ряда объектов, в том числе при проектирова нии региональных транспортных систем, при синтезе автоматизи рованных информационно-управляющих систем космическими ап паратами и др. [4]. Кроме того, применение данного класса моделей позволит значительно повысить качество принимаемых решений и получить существенный экономический эффект.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Автоматизация схемотехнического моделирования / В.И. Ильин, В.Т. Фролкин, А.И. Бутко и др. - М.: Радио и связь, 1987. - 195с.
  2. Антамошкин О.А. Совершенствование процессов проектирования бортовых систем обмена информацией // О.А. Антамошкин, И.В. Ковалев, А.А. Усольцев / Вестник НИИ СУВПТ: Сб.науч.тр. - Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003. - С. 60-69.
  3. Царев Р.Ю. Планирование развития кластерной структуры автоматизированной системы управления спутниковой связью / И. В. Ковалев, А. А. Ступина, Р. Ю. Царев // Авиакосмическое приборостроение. - 2006. - № 12. - С. 26-30.
  4. Цвиркун А.Д. Имитационное моделирование в задачах синтеза структуры сложных систем / А.Д. Цвиркун. - М.: Наука, 1985. - 173 с.