Введение к работе
Актуальность темы. Для решения задач контроля и управления аэрокосмическими объектами применяются проблемно-ориентированные информационные системы (ИС). Эти системы решают в реальном времени задачи сбора, обработки, накопления и передачи информации. Они относятся к классу критичных систем, в которых цена ошибки чрезвычайно велика. Ошибки, вызванные неисправностями аппаратуры (особенно ее сбоями) и погрешностями измерений параметров движущихся объектов, могут привести к срывам их сопровождения.
Проблемно ориентированные ИС этого класса отличаются большой сложностью реализуемых алгоритмов, они выполняют предусмотренные задачи в директивные сроки и поэтому традиционные пути повышения отказоустойчивости ИС, такие как введение временной и информационной избыточности, могут применяться только для отдельных задач. В условиях жестких временных ограничений, с одной стороны, и с повышенными требованиями по отказоустойчивости ИС, с другой стороны, необходимо развивать подход к построению таких алгоритмов этих систем, которые были бы нечувствительными к ошибкам в работе ИС. Это, в первую очередь, относится к таким массовым алгоритмам проблемно-ориентированных ИС, как алгоритмы сглаживания и прогнозирования параметров движущихся объектов, алгоритмы принятия решений и др.
Предмет исследования составляют проблемно-ориентированные ИС и
способы обеспечения адаптации их функциональных алгоритмов к
отказам. v '
^
Целью лиссертяпионного исследования является повышение устойчивости сопровождения и точности оценки параметров движущихся объектов в условиях возникновения ошибок вычислительного процесса и ошибок во входной информации.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие
основные задачи: ' . '
1. Выбор и обоснование единичных показателей и разработка
комплексного показателя технической эффективности проблемно-
ориентированных информационных систем (ИС);
2. Разработка способов построения самообучающихся алгоритмов
обнаружения движущихся объектов;
-
Разработка алгоритмов устойчивого сопровождения движущихся объектов с адаптацией к ошибкам в работе ИС;
-
Разработка способов повышения эффективности подготовки к сеансу обработки информации.
'.' 4 .
Для реніения первой задачи в-свою очередь нужно:
а) выбрать и обосновать показатели технической 'эффективности
алгоритмов обработки измерительной информации в проблемно-
' ориентированных И С;
б), провести анализ влияния .ошибок выполнения вычислительного процесса ..на показатели . технической- эффективности алгоритмов проблемно-ориентированных ИС;
в) разработать комплексный показатель технической эффективности алгоритмов проблемно-ориентированных ИС.
При отработке второй задачи:
а) исследовать типовые алгоритмы обнаружения?
б) модифицировать способ статистического последовательного анализа
для работы в условиях априорной неопределенности статистики
входного сигнала с самообучением;'
в) оптимизировать структуры алгоритма обнаружения по критерию
минимума времени и максимума достоверности.
Решение третьей задачи требует: -
' а) разработать способы построения алгоритма обработки скользящей выборки фиксированного объема (СВФ);
б) разработать структуру, алгоритма сопровождения с адаптацией к
отказам;
в) разработать способ оперативнрй коррекции модели объекта в
адаптивном алгоритме сопроврждения;
г) исследовать техническую эффективность адаптивного алгоритма
сопровождения. ' ~
Четвертая задача подразумевает подготовку к своевременному возобновлению сеанса обработки координатной информации космическопгобъекта (например, ИСЗ - искусственного спутника Земли промышленного назначения) , путем достоверной.. экстраполяции координат и других параметров 'с достаточной точностью на значительный интервал времени для продолжения процесса его сопровождения, получения измерительной информации и ее обработки.
Необходимым элементом повышения эффективности всего сеанса получения и обработки информации при решении последней задачи, а также' возможности длительного надежного хранения параметров движения объекта до следующего сеанса, является соответствующая аппаратурная поддержка.
Для реализации решения этой задачи необходимо:
, а) проводить экстраполяцию координат в соответствии с общей теорией динамики движения ИСЗ;
' б) разработать структуру спецпроцессора для решения уравнения Кеплера;
в) разработать эффективный способ обеспечения достоверности модульной оперативной памяти для хранения результатов решения уравнения Кеплера и результатов сеансовой обработки.
Методика исслепования 'включает анализ существующих структур
функциональных алгоритмов ИС, способов обеспечения их адаптации к
реальным условиям работы. Основные результаты получены с
использованием аналитических методов, базирующихся на аппарате
теории фильтрации измерений. При выполнении работы
применялись также топологический анализ граф-схем алгоритмов, математическая статистика, планирование эксперимента, статистическое моделирование процессов обнаружения и сопровождения движущихся объектов.
Основные положения и результаты работы, выносимые на защиту:.
1. Методика оценки технической эффективности проблемно-
ориентированной ИС;
2. Алгоритм ускоренного принятия решения по обнаружению
траектории объекта на основе самообучения;
3. Алгоритм сопровождения движущихся объектов с адаптацией
к ошибкам в работе ИС и динамичным изменением параметров
модели движения объекта;
4. Способ повышения отказоустойчивости спецпроцессора
быстрого решения уравнения Кеплера.
Научная новизна результатов исследования состоит в следующем.
-
Разработан комплексный показатель технической эффективности системы обработки информации с учетом влияния возмущающих факторов (сбоев, отказов аппаратуры, ошибок измерений ).
-
Разработан способ и адаптивный алгоритм устойчивого сглаживания и экстраполяции параметров движущихся объектов.
3. Разработан способ самообучения Вальдовского алгоритма принятия
решения.
4. Разработан способ сокращения времени коррекции модели
движения с учетом оперативного анализа изменений в тестовой
статистике текущих оценок параметров объекта.
5. Предложен эффективный способ обеспечения достоверной записи для хранения исходных данных и результатов решения уравнения Кеплера, основанный на совместном использовании минимально резервированной модульной памяти и ассоциативного накопителя.
Практическая значимость диссертации заключается в следующем:
а) алгоритм принятия решения на основе последовательного ана
лиза с самообучением приведен к уровню рекуррентной схемы
(фильтра), что существенно экономит вычислительные ресурсы; ис
следованы временные и вероятностные показатели работы широкого
класса обнаружителей, что позволяет выбрать из них
предпочтительные по критерию минимума времени и максимума
достоверности;
б) разработаны практические рекомендации по обеспечению
достоверности записи для хранения информации с обходом
отказавших ячеек в модульной оперативной памяти (МОП) в течение
длительного времени ее эксплуатации; установлены оптимальные
интервалы профилактического обслуживания резервированной МОП
с обоснованием рационального объема памяти ассоциативного
накопителя;
в) разработаны элементы структуры специализированного про
цессора для решения трансцендентного уравнения Кеплера на основе
ускоренных алгоритмов.
Алробапия работы. Основные результаты работы докладывались и
обсуждались на YI и YII научно-практических конференциях
Министерства Радиопромышленности СССР (1986, 1988 г.),
I научно-технической конференции ПВУРЭ ПВО (1988 г.), YI военной научно-технической конференции ЖВУРЭ ПВО (1988 г.), на научно-техническом совете и семинаре РТИ АН СССР (1989 г.), научно-техническом семинаре ЦНИИ-45 МО СССР (1988 г.), на научно-технической конференции ЛТА (1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных статей в центральных и отраслевых изданиях, 4 авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы 121 страница машинописного текста. Диссертация содержит 24 рисунка, 5 таблиц, библиографию из 67 наименований.