Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблема проектирования цифровых систем радиосвязи с учетом человеческого фактора 14
1.1. Особенности проектирования человеко-технических систем 14
1.2. Структура системы радиосвязи с управлением 17
1.3. Общая характеристика и анализ математических моделей операторской деятельности 25
1.4. Надежность как системное свойство человека-оператора 34
1.5. Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. Математическое моделирование системы радиосвязи с управлением, с учетом ошибок оператора 47
2.1. Имитационное моделирование возникновения критической ситуации в телекоммуникационной системе 47
2.2. Математическое моделирование телекоммуникационной системы 53
2.3. Имитационное моделирование операторской деятельности 59
2.4. Экспериментальные исследования операторской деятельности 69
2.5. Выводы по главе 2 78
ГЛАВА 3. Разработка и исследование алгоритмов оценки и управления телекоммуникационной системой 80
3.1. Разработка и исследование оптимального алгоритма оценивания отклика телекоммуникационной системы 80
3.2. Синтез и оценка эффективности алгоритмов управления телекоммуникационной системой 86
3.3. Теоретико-игровой подход к решению задачи оценки эффективности управления системой связи 95
3.4. Формализация конфликта «система связи - источник помех» и решение антагонистической матричной игры 97
3.5. Выводы по главе 3 101
ГЛАВА 4. Разработка рекомендаций по повышению надежности оператора системы радиосвязи 102
4.1. Обеспечение безотказной работы оператора в телекоммуникационной системе 102
4.2. Эргономические требования при проектировании человеко-машинного интерфейса системы радиосвязи 109
4.3. Дизайнерское решение проектирования пульта оператора корреспондентской радиостанции 122
4.4. Выводы по главе 4 126
Заключение 127
Список литературы
- Особенности проектирования человеко-технических систем
- Имитационное моделирование возникновения критической ситуации в телекоммуникационной системе
- Разработка и исследование оптимального алгоритма оценивания отклика телекоммуникационной системы
- Обеспечение безотказной работы оператора в телекоммуникационной системе
Введение к работе
В настоящее время объективной тенденцией является ускоренное развитие средств связи. При проектировании современных телекоммуникационных систем (ТС) основное внимание уделяется оптимизации их свойств, повышению качества и надежности функционирования всех элементов системы. Современная система радиосвязи должна быть автоматизированной, использовать цифровые сигналы и работать в адаптивном режиме. В условиях, когда к телекоммуникационным системам предъявляется много различных требований, выбор наилучшего варианта для реализации является сложной задачей и часто решается на интуитивном уровне. Это приводит к существенным потерям в эффективности и экономичности разрабатываемых и модернизируемых систем. Поэтому необходимы объективные количественные критерии оценки эффективности систем, удобные для практических расчетов.
В цифровых системах связи используют алгоритмы оптимального приема цифровых сигналов, приведенные в работах [36, 53, 77, 109, 115]. Высокого уровня развития достигла теория оптимального управления дискретными системами. В ряде работ [7, 36, 39, 51, 53, 71, 77, 109] рассматриваются стохастические задачи оптимального управления дискретными линейными системами.
Современные телекоммуникационные устройства относятся к классу дискретных систем, у которых фазовые координаты принимают счетное множество значений (цифровые системы). В настоящее время имеются работы, посвященные алгоритмам оценки цифровых сигналов в цифровых информационных системах (ЦИС) по критерию минимума кодового расстояния между принятым и переданным сигналами, по критерию максимума апостериорной вероятности [1, 142, 158]. Ряд работ [1, 13, 25, 46, 50, 54, 56, 58, 59, 67, 68, 91, 104, 105, 117, 122, 129, 135, 142, 158] посвящен разработке и исследованию моделей телекоммуникационных систем с учетом нестационарности каналов связи и высокого уровня помех.
7 Однако в рассмотренных работах не учтено влияние ошибок человека-оператора на функционирование телекоммуникационной системы, а практика показывает, что эффективность новой техники будет выше, если человеческий фактор учитывается уже на этапе ее проектирования. При разработке нового поколения ТС, в связи с интенсивным развитием технических и программных средств, проектировщики освобождаются от решения традиционных схемотехнических задач. Основное внимание уделяется оптимизации свойств, повышению качества и надежности функционирования систем связи, что приводит к необходимости анализа надежности каждого отдельного звена, особенно такого важного, как человек-оператор. Телекоммуникационные системы обеспечивают обмен информацией между абонентами, при этом абонент является не только пользователем, но и оператором процесса обмена в системах и сетях связи. Следовательно, ТС можно рассматривать, как систему «человек-машина» (СЧМ), одним из звеньев которой является человек-оператор. При проектировании систем связи сложилась опасная практика игнорирования проблем взаимодействия между человеческими и техническими подсистемами, что влечет за собой риск возникновения непредвиденной ситуации. Возрастающая цена ошибок оператора определяет постоянную необходимость поиска путей и средств обеспечения надежного функционирования человека в системе связи. Вследствие этого новым аспектом в проблеме надежности ТС становится исследование непредусмотренных, нерасчетных аварийных ситуаций, вызванных ошибкой, бездействием или недостаточным быстродействием оператора. В процессе разработки новых методов учета человеческого фактора возможно преодоление указанной проблемы.
Ряд работ по инженерной психологии посвящен системному анализу операторской деятельности [15, 18, 29, 35, 41, 43, 61, 66, 74, 76, 78, 85, 95, 102, 125, 150, 154, 155]. Несмотря на большое число публикаций, пока нет работ, в которых бы с единой позиции рассматривалась количественная оценка деятельности человека в телекоммуникационной системе с учетом всех влияющих факто-
8 ров и в той методической последовательности, которая на математической основе позволила бы представить систему радиосвязи как единое целое.
Причины, которые обуславливают актуальность научных исследований операторской деятельности:
при проектировании и разработке ТС не обеспечивается взаимосвязь задач схемотехнического уровня и задач человеко-системного уровня; задач технического и инженерно-психологического проектирования;
высокая трудоемкость инженерно-психологических исследований операторской деятельности и необходимость получения результатов еще до создания телекоммуникационных систем.
неразработанность теоретического и методологического аппарата прикладного исследования деятельности человека в телекоммуникационной системе;
отсутствие практических рекомендаций, касающихся оптимизации операторской деятельности;
малочисленность, фрагментарность и некоординированный характер исследований деятельности человека в телекоммуникационной системе.
На этапе проектирования и при эксплуатации систем из-за особенностей динамических свойств характеристик оператора существенно ограничены возможности получения априорной информации об операторской деятельности. Получаемые значения показателей качества работы оператора являются субъективными. Инженерно-психологические исследования операторской деятельности отличаются высокой трудоемкостью, а результаты исследований необходимо получить еще до создания системы. Поэтому на начальных стадиях проектирования системы необходимо использовать методики экспериментальной оценки характеристик человека-оператора. Таким образом, появляется проблема разработки модели операторской деятельности, которая являлась бы частью модели телекоммуникационной системы.
9 Следовательно, возникает необходимость разработки математической модели цифровой системы радиосвязи с управлением, учитывающей влияние ошибок оператора и ограниченность ресурсов, а также синтеза и исследования реализуемых на ее основе алгоритмов оценки и управления с целью повышения качества и надежности связи.
Разрабатываемая математическая модель ТС должна удовлетворять следующим требованиям:
учитывать ошибки оператора и отражать процесс их наложения на вектор передаваемого сообщения;
отражать все виды сигналов, помех и управляющих воздействий, направленных на оптимизацию работы системы;
синтезированные алгоритмы функционирования ТС должны быть рекуррентными для минимизации программно-аппаратных средств;
разрабатываемые алгоритмы должны быть реализуемы практически, а математическая модель универсальна для решения задач оценивания и управления цифровыми системами связи.
Предметом исследования является система радиосвязи (телекоммуникационная система), характеризующаяся наличием ошибок человека-оператора и ограниченностью ресурсов.
Целью работы является разработка методов повышения эффективности работы телекоммуникационной системы путем оптимизации управления ее параметрами в условиях ограниченности ресурсов и при наличии ошибок оператора.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
разработка математической модели ТС с управлением, учитывающей влияние ошибок человека-оператора;
разработка алгоритмов управления параметрами системы на основании полученной модели;
- оценка эффективности алгоритмов управления, с учетом минимизации
затрат на введение управления;
- проведение экспериментальных исследований операторской деятельно
сти и создание модели функционирования оператора с учетом его индивиду
альных характеристик и условий работы;
- разработка рекомендаций по повышению эффективности оператор
ской деятельности в ТС.
Методы исследования для решения поставленных задач основаны на использовании абстрактной алгебры, аппарата разностных уравнений, заданных на алгебраических структурах, методов математической статистики, теории игр и методов линейного программирования, моделировании на ЭВМ, методов планирования экспериментов и статистических методов обработки экспериментальных данных.
Адекватность теоретических разработок реальным цифровым системам радиосвязи подтверждается моделированием на ЭВМ и экспериментальными данными.
Объем и результаты проделанной работы отражаются в диссертации, состоящей из введения, четырех глав, заключения и приложений.
Первая глава содержит обзор и анализ существующих методов проектирования ТС, методов исследования процессов функционирования систем «человек-машина» (СЧМ), обоснование необходимости проведения исследований. Приведена общая характеристика и анализ моделей операторской деятельности, показано, что ошибка является мерой надежности человека-оператора. Моделирование профессиональной деятельности рекомендовано проводить на основе экспериментальных исследований.
В главе выбраны методы исследования, сформулированы требования к математической модели системы связи с учетом накладываемых на нее условий и ограничений.
Вторая глава посвящена разработке математической модели ТС с управлением, с учетом влияния ошибок оператора. Для оценки риска появления происшествия в ТС и анализа возможных действий оператора по стабилизации ситуации, предложена логико-информационная модель возникновения критической ситуации в системе радиосвязи. Телекоммуникационная система описана уравнениями состояния и наблюдения, определенными на конечных алгебраических структурах. Для нахождения распределения вероятности ошибок оператора проведено имитационное моделирование операторской деятельности в ТС. В главе приведено описание методики проведения эксперимента по исследованию операторской деятельности, определен показатель качества работы оператора, получены зависимости вероятности безотказной работы оператора от времени. Результаты эксперимента использованы при моделировании телекоммуникационной системы, и учтены при разработке рекомендаций по формированию информационной модели человеко-машинного интерфейса.
В третьей главе, на основе предложенной математической модели, разработаны и исследованы алгоритмы оценки и управления ТС. В рассматриваемой системе радиосвязи за критерий качества принято значение вероятности правильного приема сообщения (кодограммы). Для оценки передаваемого кодового вектора предложено воспользоваться критерием МАВ — максимума апостериорной вероятности. Доказана возможность применения теоретико-игрового подхода для оценки эффективности введенного в ТС управления. Формализована модель конфликта: определено количество игроков (участники связи и источник помех), задана функция полезности, определен тип игры. Для определения эффективности введения управления за выигрыш принято значение вероятности правильного приема кодового слова. Для определения «цены» введения управления за выигрыш принято значение коэффициента эффективности использования ресурса.
В четвертой главе показано, что повышение надежности операторской деятельности достигается за счет:
профессионального отбора и экспертизы операторов;
повышения квалификации операторов путем их подготовки;
учета эргономических требований при проектировании устройств обмена.
Приведена модель работоспособности человека, которая определяет ресурс работоспособности оператора и время, требуемое для его подготовки (переподготовки). Показано, что модель может быть использована для составления режима тренажерной подготовки операторов телекоммуникационных систем с учетом их индивидуальных особенностей: быстродействия и вероятности безошибочной работы.
Для увеличения быстродействия оператора и сокращения количества ошибок при считывании/вводе информации, в ходе эргономического обоснования были сформулированы требования к информационной модели, вариантам пространственной компоновки рабочего места, средствам отображения информации и органам управления. На основе эргономического обоснования в качестве примера предложено решение по проектированию пульта оператора корреспондентской радиостанции.
В приложениях приведены расчеты и графики, не вошедшие в главы диссертации, результаты экспериментальных исследований операторской деятельности; рисунки пульта управления радиостанцией, полученные на основании эргономического обоснования и дизайнерского решения.
Разработанные модели и алгоритмы использованы при разработке корреспондентской радиостанции Р-353 СМ, серийно выпускаемой ОАО «С ара-пул ьский радиозавод».
Диссертационная работа основана, на результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных по постановлению Правительства РФ, по планам НИОКР министерства образования РФ, научно-технической программе «Промышленные технологии», научно-технической программе «Научные исследования высшей школы по приоритет-
13 ным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Электроника», раздел «Радиоэлектронные компоненты и устройства»). Результаты работы также использовались в учебном процессе кафедр «Сети связи и телекоммуникационные системы» и «Радиотехника» ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет», при проведении практических занятий по специальным дисциплинам (Кодирование и цифровая обработка сигналов; основы построения радиотехнических систем).
Особенности проектирования человеко-технических систем
В сложных системах к исполнению важнейших функций приходится привлекать человека. Телекоммуникационные системы (ТС) обеспечивают обмен информацией между абонентами, при этом абонент является не только пользователем, но и оператором процесса обмена в системах и сетях связи. Следовательно, телекоммуникационную систему можно рассматривать, как систему «человек-машина», одним из звеньев которой является человек-оператор.
Системы «человек-машина» (СЧМ) относятся к числу эргатических систем, которые являются целеустремленной сложной системой, состоящей из человека, орудия деятельности (технического средства труда), предмета деятельности (объекта воздействия) и внутренней среды (рис. 1.1).
Элементы СЧМ - человек, машина и среда - представляют собой подсистемы, организованные определенным образом и подчиняющиеся общим требованиям системы Элементы СЧМ взаимодействуют между собой, влияя друг на друга и на систему в целом. Свойства СЧМ, обусловленные положением и ролью человека в системе, получили название человеческих факторов. Они представляют собой интегральные показатели связи человека, машины и среды, которые проявляются при взаимодействии человека с системой в процессе ее функционирования.
Человек-оператор осуществляет трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с предметом труда, машиной и внешней средой посредством информационной модели и органов управления. Основными функциями человека в СЧМ являются: контроль, управление и регулирование управляемого процесса. Реализацией личностных свойств человека является деятельность. В формализованном виде трудовую деятельность можно представить как динамическую структуру, осуществляющую преобразование информации и энергии. Деятельность оператора является циклически повторяющейся последовательностью этапов: восприятие информации, необходимой для выполнения функций в СЧМ; переработка полученной информации и принятие решений по реализации управляющих воздействий в СЧМ; контроль за исполнением функций и анализ полученных результатов. Содержание этих этапов зависит от следующих факторов: характера решаемых человеком задач; степени взаимодействия его с другими элементами системы и внешней средой; индивидуальных характеристик оператора. Восприятие информации заключается в обнаружении объекта восприятия; выделении в объекте отдельных признаков, отвечающих стоящей перед оператором задаче; ознакомлении с выделенными признаками и опознавании объекта восприятия. Далее оператор проводит оценку информации, ее анализ и обобщение на основе заранее заданных или сформированных критериев оценки. Оценка производится на основе сопоставления воспринятой информационной модели со сложившейся у оператора внутренней образно-концептуальной моделью обстановки. Концептуальная модель представляет собой продукт осмысливания оператором сложившейся ситуации с учетом стоящих перед ним задач. После идентификации и анализа информации оператор принимает решение по реализации стоящей перед ним задачи, и далее контролирует функционирование системы.
В литературе вопросам системного анализа деятельности человека-оператора уделено большое внимание: приведены исследования, связанные с изучением деятельности человека в СЧМ, проанализированы причины появления ошибок, получены экспериментальные данные о сбоях и отказах оператора, как звена системы [15, 17, 42, 43, 47, 61 - 64, 80, 82, 87, 92, 96, 102, 157]. Несмотря на большое число публикаций, пока нет работ, в которых бы с единой позиции рассматривалась количественная оценка деятельности человека в телекоммуникационной системе с учетом всех влияющих факторов и в той методической последовательности, которая на математической основе позволила бы представить систему радиосвязи как единое целое. Большое количество работ по инженерной психологии имеет узкоспециальный характер и ориентировано на специалистов определенного научного профиля. Это обстоятельство существенно затрудняет использование уже имеющихся результатов. Многие модели отображают конкретные виды деятельности и ее отдельные количественные характеристики, но не моделируют деятельность в целом, как сложное явление. Исследованиям в авиации и космонавтике посвящены работы [3-6, 11, 14, 37, 45, 48, 75, 94, 101, 108], на транспорте [31, 93, 114, 120], в энергетике [23, 27, 149], деятельность человека в АСУ представлена в [9, 41, 98, 107], деятельность военных специалистов отражена в [20, 138, 139].
С точки зрения практического применения, проблема взаимоотношения эргономики и системотехники — это проблема организации всестороннего и профессионального учета эргономических факторов на различных этапах создания телекоммуникационных систем: проектирования, изготовления, испытаний, внедрения и эксплуатации. Эргономические исследования, проводимые с момента зарождения разработки, позволяют кардинально, а не частично решить проблему человеческого фактора [15, 41, 8 7].
Имитационное моделирование возникновения критической ситуации в телекоммуникационной системе
Для разработки рекомендаций по профилактике отказов и ошибок в телекоммуникационной системе необходимо исследовать особенности их проявления и причины возникновения. В реальной деятельности главную роль в анализе ошибок играют их последствия. Ошибка может привести к невыполнению всего поставленного задания или его элементов, вызвать разрушающие последствия и привести к материальному ущербу. Для исследования процесса возникновения критических ситуаций в телекоммуникационной системе целесообразно применять имитационное моделирование, так как аварии и катастрофы — события редкие, и провести натурные эксперименты сложно или практически невозможно. Возникновение критических ситуаций в системе радиосвязи может привести к появлению следующих происшествий: - возникновение поломок, аварий, приводящие к нарушению связи; - устранение оператора или всей системы связи в целом.
В ходе моделирования нужно выявить причины возникновения происшествий в рассматриваемой телекоммуникационной системе. При этом необходимо учесть влияние психофизиологических свойств человека-оператора, факторов надежности технических средств (свойства техники) и комфортность рабочей среды (свойства среды). С использованием предложенной в [27] методики исследования техногенного риска проведено имитационное моделирование возникновения критической ситуации в телекоммуникационной системе.
Последовательность процесса возникновения критической ситуации и ее последствия представлены в виде логико-информационной модели (рис.2.1).
Основные компоненты телекоммуникационной системы — человек-оператор, техника и рабочая среда — взаимодействуют между собой в процессе работы. С помощью устройства обмена (пульта оператора) человек получает необходимую для дальнейшей работы исходную информацию (кодограмму). Восприятие информации оператором состоит из этапов: обнаружение объекта восприятия (кодограммы), выделение в кодограмме отдельных признаков, отвечающих стоящей перед оператором задаче; ознакомление с выделенными признаками и опознавание объекта восприятия. Если операторы используют средства отображения информации в качестве основного источника информации, они действуют с информационными моделями.
Следующий этап операторской деятельности - оценка информации, ее анализ и обобщение на основе заранее заданных или сформированных критериев оценки. Оценка производится на основе сопоставления воспринятой информационной модели со сложившейся у оператора внутренней образно-концептуальной моделью. Концептуальная модель представляет собой продукт осмысливания оператором сложившейся ситуации с учетом стоящих перед ним задач. Концептуальная модель облегчает выполнение работ, позволяет оператору после выполнения конкретных действий ожидать поступление соответствующей информации, и подготовиться затем к последующим действиям. В отличие от информационной модели, она относится к внутренним психологическим средствам деятельности оператора и формируется на основе знания технологии выполнения работы и навыков (опыта) работы.
После приема, преобразования и дешифровки оператором информации о действительном состоянии выполняемых работ (информационная модель) и сравнения ее с ожидаемой (концептуальная модель), возможны следующие альтернативные исходы: — действительная информация идентична ожидаемой, правильно воспринята оператором, работа выполнена своевременно (состояние 1); - действительная информация идентична ожидаемой, правильно воспринята оператором, но работа выполнена несвоевременно (состояние 2); - действительная информация не идентична ожидаемой, но правильно (без искажений) воспринята и преобразована человеком - состояние 3; - оба вида информации в действительности идентичны, однако реальная информация искажена человеком при ее приеме, преобразовании или декодировании, работа выполнена своевременно (состояние 4); - оба вида информации в действительности идентичны, однако реальная информация искажена оператором при ее приеме, преобразовании или декодировании, при этом работа выполнена несвоевременно (состояние 5); - оба вида информации в действительности не идентичны, при этом информация о реальном состоянии выполняемой работы дополнительно искажена человеком в процессе ее восприятия и дешифровки, работа выполнена несвоевременно — состояние 6.
Последствия рассмотренных исходов могут быть обратимыми и необратимыми. К необратимым последствиям приводят некомпенсируемые ошибки оператора и отказы техники.
В ситуации «состояние 1» можно предполагать, что выполняемая операция закончится успешно, и в системе будет наблюдаться состояние динамического равновесия - гомеостазиса. Задача системой связи может быть успешно выполнена в случаях, если: - в требуемый момент времени оператор готов к приему поступающей информации, техника находится в исправном состоянии, в течение паузы и времени решения задачи аппаратура работала безотказно, оператор правильно и своевременно выполнил требуемые действия (состояние гомеостазиса);
Разработка и исследование оптимального алгоритма оценивания отклика телекоммуникационной системы
На основе модели, представленной в главе 2, необходимо разработать алгоритм оценки отклика системы связи. Оценка состояния системы может осуществляться либо по критерию максимума апостериорной вероятности, либо по алгоритму фильтрации с предсказанием [36, 77, 115]. Задача оценки заключается в аппроксимации процесса измерения переменных, характеризующих отклик системы на внешние воздействия, на основе измерений. Задача оптимальной оценки состоит в выборе такой оценки, которая минимизирует или максимизирует критерий качества. Математическому моделированию систем, синтезу алгоритмов оценки и управления посвящены работы [1,7,36,39,44,51,53,54,56,59, 68,71,77,93,104,106,109,111,115,117,122,124,130-134,137,142,153,156,158].
Поведение дискретной линейной системы, структурная схема которой представлена на рис. 3.1, можно описать системой линейных разностных уравнений первого порядка [77]: х(к +1) = А(к + 1ук)х(к) + Г(к +1,к)Щк) + 4 {к +1,к)и(к); (3 П z(k +1) - Н(к + 1)х( + 1) + v(jfc +1), (3 2) где x,w,u, z - векторы состояния, возмущения, управления, и измерения, соответственно; v - вектор ошибки измерения; А - переходная матрица состояния; Г— переходная матрица возмущения; Т— переходная матрица управления; Н- матрица измерения; =0, 1...N—дискретные моменты времени. Состояние динамической системы представляет собой случайный процесс с дискретным временем Щк),к = 0,l,...,iVjt g задаче оценки для некоторого заданного момента времени к требуется определить значение х(к), используя полученные последовательные измерения z(l)3 ..., z(/). Предполагается, что \z(i),i = l,...tj} _ случайный процесс с дискретным временем. Если для оценки х(к) известны только измерения z(l), ..., z(/), оценку, полученную на основе этих измерений, можно обозначить через и определить ее как вектор функцию измерений: x(k\j) = q k[z(i),i = l,...j]m
Ошибка оценки определяется соотношением: x(k\j) = x(k)-x(k\j) При x(k\j) = Q оценка является точной, при хк \Л оценка является неправильной, и за нее устанавливается штраф в виде функции штрафов (функции потерь) ь L[x(k\j)]r
Если критерием качества J принято среднее значение L, то есть 4х(к\л]=Е{ф(к\л]} , то оценка тл является оптимальной, если она минимизирует J Iх {к \ j)\
В рассматриваемой телекоммуникационной системе за критерий качества принято значение вероятности правильного приема кодограммы. На основе предложенной математической модели системы радиосвязи (2.2 - 2.3), с учетом полученных распределений вероятности вектора ошибки оператора (2.7), проводится расчет апостериорной вероятности передаваемого сообщения. Исходными данными являются: распределения вероятностей векторов состояния, ошибки оператора и наблюдения Рк \X(g)\ Рк y(g)\ Рк \Y(g)\. Определим условную вероятность наступления события Y(j) при условии, то передавался вектор X(i): Р{ПЛ/Х(і)\=Р[ЩіЛ\, (33) то есть Р[ (і Ш j)\ - вероятность появления вектора ошибки, характеризующая несоответствие принимаемого сообщения передаваемому; / = 1,я; j = l,n, п -число возможных комбинаций векторов. Полная вероятность появления вектора наблюдения Y(j) определяется как свертка распределений вероятностей векторов сообщения и ошибок оператора: Р[ПЛ\= P[(g)\ PW(g)l (3.4) где формат вектора X(g) задается выражением (2.2); - знак дискретной свертки. Апостериорная вероятность передаваемого сообщения вычисляется по формуле: и&/ГыШт МШШ (3.5) где к — отсчеты времени цикла оценивания; т - отсчеты времени цикла управления.
Для оценки передаваемого кодового вектора воспользуемся критерием МАВ - максимума апостериорной вероятности P[X(i)/f (y)J. В случае принятия вектора Y(j) принимается решение о передаче вектора X(g), при котором апостериорная вероятность P[X(i)/Y(j)\ максимальна. Данное правило выбора решения можно записать: ,(г)= м(0, если p[xk+10)/Yk+la)i=P [Kt(i)/ykAJ)l (з.б) Критерий максимума апостериорной вероятности также можно применить для оценивания вектора ошибки оператора. Апостериорное распределение вектора ошибки оператора находят по формуле /К,(0/УмО)]= -ш "с/е (3.7) Решение принимается по правилу: .( )=йиа если pK,(iVn iOoJ=iwl»;+. (0/ , ooj. о-в)
Расчеты апостериорных распределений вероятности векторов сообщения, ошибок и наблюдения, полученные с использованием пакета прикладных программ MathCAD Professional, приведены в Приложении 2. Для нахождения вероятности правильного приема кодовой комбинации (ВПП) необходимо просуммировать элементы матрицы распределений апостериорных вероятностей P[X(i)/Y(j)\ с одноименными индексами, с учетом априорного распределения вектора сообщения / [Х( )]:
Обеспечение безотказной работы оператора в телекоммуникационной системе
При проектировании и создании технических средств связи недостаточно исходить только из соображений их производительности, надежности и экономичности в эксплуатации. Для того чтобы проектируемая система связи соответствовала самым высоким технико-экономическим показателям, эстетическим и другим требованиям, была конкурентоспособна и надежна, в ходе разработки проектных решений необходимо учитывать эргономические требования и рекомендации.
Эргономическое обеспечение создания человеко-технических систем позволяет повысить эффективность функционирования системы при минимальном расходе ресурсов человека. Это достигается за счет согласования технической части системы связи с возможностями и особенностями оператора, максимального приспособления техники к человеку. Удобство эксплуатации и технического обслуживания системы приводит к снижению уровня физиологического и психологического напряжения оператора, к уменьшению вероятности профессиональных заболеваний, к снижению количества ошибок человека при работе с техникой и, как следствие, к повышению надежности функционирования всей телекоммуникационной системы в целом. От надежности человека зависит качество функционирования системы связи, ее работоспособность и безотказность. Как показывает логико-информационная модель возникновения критической ситуации в телекоммуникационной системе, представленная во второй главе, ошибки оператора могут привести не только к ухудшению качественных характеристик работы системы связи, но и к выходу ее из строя.
Для того чтобы снизить вероятность ошибки оператора, необходимо выбрать средства и условия деятельности, решить вопросы информационного обеспечения деятельности, учесть особенности пространственной компоновки, организации и конструкции рабочего места, т.е. сделать эргономическое обоснование.
Человеку свойственна высокая реактивность, чувствительность, он функционально очень динамичен и подвержен влиянию множества факторов внутренней и внешней среды. Эффективность работы оператора зависит от всех этих факторов. Внешние помехи вызывают сдвиги целого ряда психических и физиологических функций, снижают скорость и точность протекания сенсомо-торных реакций, повышают утомляемость, значительно снижают работоспособность человека-оператора. Поэтому необходимо создать благоприятные условия работы человека, то есть возникает проблема обитаемости. Надежная и безопасная работа человека зависит от того, в какой мере условия его работы соответствуют оптимальным. В рассматриваемой системе радиосвязи оператор может работать в помещении (стационарные условия), в полевых условиях и в движущемся транспорте. Влияние окружающих условий на работоспособность человека можно представить их в виде диаграммы (рис.4.1).
Зона высшего комфорта предполагает работу человека без наклона тела, при температуре +22 С, без шума, вибрации и изменения давления, в атмосфере с влажностью 60% без оксида углерода, с вентиляцией 35 м3/ч и потреблением теплоты около 500 ккал/ч на человека.
При приближении условий работы оператора к психологической границе (некомфортная зона), необходимо предусмотреть средства защиты человека от воздействий неблагоприятных факторов. Приближение условий работы к физиологической границе (невыносимая зона) приводит к резкому сокращению ресурса работоспособности человека. Действия оператора в экстремальных условиях деятельности должны быть строго лимитированы по времени, для организации работы необходимо использовать высокоэффективный человеко машинный интерфейс, обеспечивающий предварительную подготовку (в частности, анализ и сжатие) информации, предоставляемой человеку для принятия решения.
Большую роль в решении проблемы надежности человека-оператора телекоммуникационной системы играют профессиональный отбор кандидатов и подготовка операторов. Несомненную важность приобретают исследования надежности в связи с особенностями состояния и динамики работоспособности человека-оператора, ролью различных механизмов ее регуляции, возможностями ее формирования и поддержания на определенном уровне путем специальной подготовки операторов, управления функциональным состоянием и оценке их индивидуально-психологических особенностей при профессиональном отборе и экспертизе.
