Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее время в условиях бурного развития новых информационных технологий возрастают скорость, плотность и объём информационных потоков, циркулирующих в территориально-распределённых автоматизированных системах управления (АСУ) производственными и транспортными организациями. Функцию средств телекоммуникации таких АСУ выполняют адаптивные системы передачи информации (АСПИ), включающие в свой состав в качестве приёмо-передающих комплексов (ППК) радиоустройства (РУ) различного функционального назначения.
В свою очередь, к РУ, функционирующих в составе АСПИ, предъявляются жёсткие и, как правило, противоречивые требования по обеспечению таких показателей качества, как достоверность, помехоустойчивость, защищённость, скорость передачи сообщений, что объясняется, прежде всего, сложностью радиоэлектронной обстановки в районах размещения и функционирования РУ. Поддержание указанных показателей на заданном уровне является одной из важнейших задач, которая может быть решена на основе контроля и управления качеством функционирования радиоустройств.
Следует также учитывать, что РУ могут функционировать в условиях частичной или полной неопределённости, причём эта неопределённость имеет как внутренний, так и внешний характер. Внутренняя неопределённость, прежде всего, обусловлена изменением в процессе функционирования РУ параметров сигналов и режимов их работы. Внешняя неопределённость обусловлена постоянно меняющейся радиоэлектронной обстановкой в районе функционирования РУ. Путь преодоления этой априорной неопределённости может быть основан на оперативном текущем восполнении недостающей информации на основе контроля и оценки параметров сигналов, излучаемых РУ, и использованием результатов этого контроля для коррекции параметров сигналов РУ и режимов их работы.
Задача состоит в том, чтобы изменять характер функционирования АСПИ не только на основе количественных данных о РУ и среде их функционирования, но и с учётом качественных оценок, с помощью которых реализуется координация целей функционирования совокупности взаимодействующих в системе РУ. Для решения этой задачи могут быть использованы интеллектуальные автоматизированные комплексы радиотехнического контроля (АКРК) за функционированием РУ.
Информатизация, охватывающая основные сферы деятельности общества и государства, предусматривает массовое использование новых информационных технологий в деятельности человека, создание автоматизированных информационных систем и комплексов, эффективно поддерживающих функционирование любой технической, организационной и социальной структуры. Автоматизированные информационные комплексы (АИК) – это комплексы технических и программных средств, информационных массивов, предназначенных для сбора, хранения, поиска и выдачи информации потребителям по их запросам. В свою очередь, интеллектуальный комплекс (ИК) – это автоматизированный информационный комплекс, работа которого основана на использовании искусственного интеллекта. Основными компонентами ИК являются интеллектуальный интерфейс (ИИ) и база знаний (БЗ). Основным средством формирования информационного ресурса интеллектуальных комплексов является экспертная система (ЭС).
Искусственный интеллект – это область информатики, связанная с разработкой концепции и инструментария для представления знаний в определённой предметной области и автоматизированного решения трудно формализуемых задач. Интеллектуальный интерфейс – это совокупность средств взаимодействия пользователя с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), включающая диалоговый процессор, планировщик, преобразователь описания задачи в программу её решения на основе информации, хранящейся в базе знаний. База знаний - одна из основных частей интеллектуальной системы, предназначенная для представления в ЭВМ в виде моделей и методов знаний, накопленных человеком в определённой предметной области. Развитию теории искусственного интеллекта посвящены труды Гренандера У., Ларьера Х., Минского М., Осовского С., Дружинина Д.В., Журавлёва Ю.И., Попова Э.В., Попкова К.А. и других. Эти работы показали высокую эффективность функционирования интеллектуальных систем и комплексов. Однако многообразие моделей и методов интеллектуализации систем требует проведения исследований в конкретной предметной области применительно к АКРК.
Таким образом, актуальность темы диссертации и исследований в области АКРК состоит в том, что повышение качества информационного обмена в АСПИ может быть достигнуто лишь на пути интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля параметров сигналов РУ и режимов их работы. В настоящее время в области интеллектуальных АКРК удовлетворительных технических решений пока нет.
Целью исследования является повышение качества функционирования радиоустройств в условиях возрастания скорости, плотности и объёма информационных потоков, циркулирующих в адаптивных системах передачи информации.
Для достижения поставленной цели должна быть решена научная задача разработки научно-методического аппарата интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля на основе новых информационных технологий.
Объект исследований – средства радиотехнического контроля излучений радиоустройств, входящих в состав адаптивных систем передачи информации.
Предметом исследований является область науки, занимающаяся разработкой теории автоматизированного контроля технологических процессов и адаптивного управления состоянием объектов контроля.
Поставленная цель диссертационной работы определяет задачи исследований:
анализ состояния радиотехнического контроля (РТК) и обоснование необходимости и принципов интеллектуализации АКРК;
разработка принципов коррекции параметров сигналов радиоустройств;
математическое моделирование АСПИ и РУ как объекта радиотехнического контроля;
разработка обобщённой структурной схемы и алгоритмов функционирования АКРК.
Методы исследований. Решение поставленной научной задачи основано на использовании теоретических методов исследований, отражающих научные положения теории контроля радиотехнических средств, теории искусственных нейронных сетей, теории нечётких множеств, теории адаптивного управления
Научные результаты, представляемые к защите:
1. Структурно-параметрическая модель АСПИ как объекта радиотехнического контроля.
2. Методика интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля.
3. Алгоритмы функционирования интеллектуальных АКРК.
Достоверность результатов, полученных в работе, обеспечивается тем, что при математическом моделировании РУ и АСПИ использованы апробированные положения теории автоматизированного контроля, адаптивного управления, исследования операций, комбинаторной теории образов и других областей знаний. В методике интеллектуализации АКРК корректно отражены все основные процессы, лежащие в основе радиотехнического контроля. Анализ состояния и путей решения поставленной научной задачи проведён с учётом её актуальности и потребности для практики функционирования РУ в составе АСПИ. Представленные в работе математические модели отражают как результаты разработки математического базиса теории интеллектуализации процесса радиотехнического контроля, так и результаты экспериментальных исследований параметров сигналов РУ.
Научная новизна и теоретическая значимость заключается в следующем:
1. Структурно-параметрическая модель АСПИ как объекта радиотехнического контроля в отличие от известных математических моделей разработана на основе положений комбинаторной теории образов и в целом отражает предметную область проводимых в работе исследований. При этом под структурным описанием АСПИ понимается процесс представления в виде определенной топологической структуры множества РУ и связей между ними. Параметрическое описание представляет собой математическое описание параметров сигналов РУ.
2. Методика интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля за функционированием РУ в составе адаптивных систем передачи информации отличается от других методик радиотехнического контроля тем, что она разработана на основе теории искусственного интеллекта и новых информационных технологий с использованием положений теории динамических систем, теории технического контроля, системного анализа и целевого управления. Введён показатель качества функционирования РУ – управляемая вероятность параметрического соответствия РУ заданным требованиям.
3. Алгоритмы функционирования интеллектуальных АКРК разработаны с учётом структуры и состава этих комплексов и отражают основные этапы процесса радиотехнического контроля: контроль состояния РУ; идентификация РУ; коррекция параметров сигналов РУ.
Практическая значимость работы и представленных в ней результатов заключается прежде всего в том, что в диссертации представлена новая методика организации и проведения радиотехнического контроля с использованием перспективных интеллектуальных АКРК. Применение интеллектуальных АКРК позволит обеспечить вероятность параметрического соответствия контролируемых РУ до уровня 0,95. Разработанная методика может быть использована на стационарных и подвижных пунктах РТК, а также при обосновании технических требований к перспективным автоматизированным комплексам радиотехнического контроля.
Внедрение результатов исследований.
Результаты исследований реализованы в виде математических моделей и алгоритмических средств при разработке автоматизированных систем контроля и управления в «Калужском НИИ телемеханических устройств» (г. Калуга), в МОУ «Институт инженерной физики» (г. Серпухов), в учебном процессе кафедры автоматизированных систем управления Военной академии Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого, филиал (г. Серпухов Московской области), в ФГУП «Научно-исследовательский институт экономики, информатики и систем управления» (г. Москва).
Личное участие. Основные принципы построения интеллектуальных АКРК предложены автором. При личном участии автора проводились исследования по математическому моделированию процесса РТК. Ему же принадлежат выводы и рекомендации, сделанные в диссертационной работе.
Апробация результатов по теме диссертационной работы.
Основные результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях международного и Российского уровней (г. Москва, г. Калуга, г. Серпухов).
Публикации по теме работы.
По теме диссертации опубликовано 15 работ, из которых 8 научных статей опубликовано в журнале, входящем в перечень ВАК, 5 статьей в трудах
научно-технических конференций, 2 патента на полезные модели.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, трёх разделов, заключения и списка литературы, включающего 145 источников. Работа изложена на 169 страницах и содержит 27 рисунков и 3 таблицы.
