Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проблемы оценки целостности и повышения достоверности навигационных измерений в ГНСС 9
1.1. Анализ особенностей функционирования современных систем глобального позиционирования 10
1.2. Анализ точности навигационных определений в ГНСС и бортовой навигационной АЛ 21
1.3 Анализ существующих методов оценки и прогнозирования целостности навигационных измерений 29
1.4. Анализ возможностей информационных технологий для снижения риска нарушения целостности навигационных измерений. 41
2. Разработка системы ПНР при оценке и управлении рисками нарушения целостности навигационных измерений 58
2.1. Исследование особенностей ГНСС, определяющих структуру системы ППР при оценке целостности навигационных измерений 59
2.2. Математическая модель ППР при оценке целостности навигационных измерений 69
2.3. Алгоритм совместной оптимизации вариантов принимаемых решений и исследовательских процедур 72
2.4. Особенности реализации алгоритмов поддержки принятия решений в нечеткой обстановке и в условиях интервальной неопределенности 85
3. Методика реконфигурации навигационных средств по критерию минимума интегрированного показателя риска 95
3.1. Формирование агрегированных критериев для оценки риска нарушения целостности навигационных измерений 96
3.2. Имитационная модель ГНСС 110
3.3. Методика исследования результатов навигационных измерения применительно к различным вариантам орбитальных группировок ГНСС 122
4. Разработка программного комплекса поддержки принятия решений при оценке риска и реконфигурации навигационных средств 137
4.1. Программный модуль поддержки принятия решений в условиях риска и неопределенности 138
4.2. Сценарий оценки риска нарушения целостности навигационных измерений с использованием программного модуля СППР 144
4.3. Программный модуль имитационной модели ГНСС 150
Заключение 166
Список использованной литературы 171
Приложение 182
- Анализ особенностей функционирования современных систем глобального позиционирования
- Исследование особенностей ГНСС, определяющих структуру системы ППР при оценке целостности навигационных измерений
- Формирование агрегированных критериев для оценки риска нарушения целостности навигационных измерений
- Программный модуль поддержки принятия решений в условиях риска и неопределенности
Введение к работе
Актуальность темы. Спутниковые системы навигации и связи оказали в течение последнего десятилетия наиболее существенное влияние на формирование принципов системной интеграции не только бортового авиационного оборудования, но и наземной инфраструктуры управления воздушным движением. Дальнейшие перспективы использования глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в качестве основного средства высокоточной оперативной навигации в значительной мере зависят от возможности анализировать в полете текущую навигационную информацию с целью обнаружения ухудшения ее качества и своевременного исключения непригодных данных из дальнейшей обработки. Важнейшей характеристикой достоверности и надежности навигационных измерений ГНСС является целостность, которая задается в виде значений риска и времени, связанных с выдачей пилоту предупреждений о том, что требуемые навигационные параметры не выдерживаются. Для снижения опасности нарушения целостности навигационных измерений необходимо оперативно принимать решения о допустимости использования задействованных средств навигации или о переходе к другому созвездию навигационных искусственных спутников земли (НИСЗ), другим навигационным комплексам и т.д. С этой целью широко используются информационные технологии поддержки принятия решений (ППР). Большой вклад в развитии такого рода информационных технологий внесли отечественные ученые ВасильевВ.И, ИльясовБ.Г-, КрымскийВХ., МироновВ.В., ПавловСВ,, ПоспеловД.А., ГрухаевР.И., СултановА,Х.
В то же время использование существующих методов ППР не позволяет обеспечить требуемый уровень целостности навигационной системы. Это связано, в первую очередь, с отсутствием интегральных показателей, характеризующих текущее состояние навигационной системы. Еще одна важная проблема заключается в том, что качество принимаемого решения определяется уровнем достоверности исходной информации об условиях функциони рования навигационной системы, о целесообразности принимаемых решений и о последствиях принятых решений. Для того чтобы ГНСС в полном объеме выполняла возложенные на нее функции, используемые системы ППР должны не только формировать рекомендации, которые позволяют принимать решения в условиях недостоверной информации, но и способствовать получению дополнительных данных, обеспечивающих принятие обоснованных решений.
Сказанное обуславливает актуальность темы диссертационной работы, направленной на разработку системы ППР в условиях неопределенности, базирующейся на методике комплексной оценки целостности ГНСС и позволяющей осуществлять реконфигурацию навигационных средств с целью повышения уровня готовности и достоверности навигационных измерений.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является повышение целостности навигационных измерений за счет своевременной оценки уровня доверия, с которым можно относиться к правильности информации, выдаваемой навигационной системой, и разработки системы ППР о реконфигурации навигационных средств для повышения качества навигационных измерений. Для достижения сформулированной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Разработана методика оценки уровня целостности ГНСС с использованием обобщенного показателя риска.
2. Разработан алгоритм ППР при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений с использованием совмещенной процедуры поиска оптимального плана экспериментальных исследований и оптимального варианта реконфигурации навигационного комплекса.
3. Разработан метод поиска оптимального созвездия НИСЗ, гарантирующего требуемый уровень целостности навигационной информации с использованием принципа «восходящей деградации» созвездия,
4. Разработана имитационная модель ГНСС, позволяющая уменьшить уровень неопределенностей при выборе оптимального варианта реконфигурации созвездий задействованных НИСЗ.
5, Разработаны программные средства, реализующие алгоритм ППР при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений и имитационную модель ГНСС.
Методы исследования
Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы системного анализа; методы функционального анализа; основы матричного исчисления и линейной алгебры; методы математической статистики, касающиеся параметрического и непараметрического оценивания, идентификации, кластеризации, прогнозирования; обобщенную и нестандартную интервальную арифметику; теория ожидаемой полезности.
Научная новизна результатов
1. Методика оценки риска нарушения целостности навигационных определений отличается тем, что в ней впервые предлагается использовать мультипликативную свертку локальных оценочных функций, отображенных на общую шкалу измерений.
2. Предложенный алгоритм ППР отличается тем, что решения принимаются на основе информации, достаточной для объективной оценки сложившейся ситуации. С этой целью выбор решения сопровождается процессом накопления достоверной информации за счет осуществления специальных исследовательских процедур.
3. Метод повышения качества и достоверных навигационных измерений отличается от существующих подходов использованием принципа «восходящей деградации» созвездия, который предусматривает последовательное улучшение характеристик используемого созвездия НИСЗ за счет выявления и устранения спутников с худшими характеристиками.
Практическая значимость результатов
Практическую значимость полученных результатов составляют:
1. Разработанная методика оценки уровня целостности ГНСС с использованием обобщенного показателя риска, которая подразумевает использование навигационных спутниковых систем в качестве основного средства высокоточной оперативной навигации,
2. Созданный алгоритм ППР при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений с использованием совмещенной процедуры поиска оптимального плана экспериментальных исследований и оптимального варианта реконфигурации навигационного комплекса, позволяет снизить риск нарушения целостности навигационных измерений,
3- Разработанная имитационная модель ГНСС, позволяющая уменьшить уровень неопределенностей при выборе оптимального варианта реконфигурации созвездий задействованных НИСЗ.
4. Разработанные программные средства, реализующие алгоритм ППР при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений и имитационную модель ГНСС,
Перспективность предложенных методик подтверждается результатами их внедрения на ФГУП УНПП «Молния» (г.Уфа),
На защиту выносятся
1, Методика оценки уровня целостности ГНСС с использованием обобщенного показателя риска.
2- Алгоритм ППР при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений с использованием совмещенной процедуры поиска оптимального плана экспериментальных исследований и оптимального варианта реконфигурации навигационного комплекса.
3. Метод поиска оптимального созвездия НИСЗ, гарантирующего требуемый уровень целостности навигационной информации с использованием принципа «восходящей деградации» созвездия.
4. Имитационная модель ГНСС, которая позволяет уменьшить уровень неопределенностей при выборе оптимального варианта реконфигурации созвездий задействованных НИСЗ.
5. Программные средства, реализующие алгоритм ППР при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений и имитационную модель ГНСС.
Основания для выполнения работы
Работа выполнена на кафедре авиационного приборостроения УГАТУ в соответствии с Программой научных исследований по разработке средств авионики пятого поколения, принятой Научно-техническим Советом Национальной ассоциации авиаприборостроителей России, а также с планом госбюджетных научно-исследовательских работ по теме ИФ-ВТ-12-00-ОЗ/г «Разработка концепции и методов построения многоуровневых интеллектуальных систем управления сложными технологическими процессами»»
Апробация работы и публикации
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях различного уровня. Среди них:
IV Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов «Решетнёвские чтения» (Красноярск, 10-12 ноября, 2000);
Сибирская научно-техническая конференция «Наука, Промышленность- Оборона» (Новосибирск, 2001);
Всероссийская студенческая научная конференция "V Королевские чтения" (Самара, 2001);
Международные молодежные научные конференции «Гагаринские чтения» ((«МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2001-2003гг.);
Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 2001);
Восьмая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 2002). Основные результаты диссертационной работы отражены в 12 публикациях, в том числе в 4 статьях и 8 трудах конференций.
Основное содержание работы
В первой главе рассмотрена инфраструктура ГНСС и перспективы ее использования, которые в значительной мере зависят от величины предельного уровня погрешностей, обеспечиваемого при измерении навигационных параметров. Исследуется роль, которую играют информационные технологии ППР в обеспечении требуемого уровня целостности навигационных измерений- Проведен анализ современных методов ППР, который позволил сформулировать задачу разработки системы ППР при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений. Во второй главе разработана математическая модель ППР в условиях риска и неопределенностей при оценке и управлении рисками нарушения целостности навигационных измерений. В третьей главе излагаются принципы формирования агрегированных критериев при оценке риска нарушения целостности навигационных измерений в условиях внутренних и внешних неопределенных факторов на основе исследования параметров имитационной модели, В четвертой главе разработан программный модуль ППР, который реализует эвристический алгоритм дискретной оптимизаций для точечной и интервальной шкалы, создан программный модуль «Спутник», реализующий имитационную модель ГНСС.
Анализ особенностей функционирования современных систем глобального позиционирования
В данной главе рассматриваются особенности и преимущества ГНСС, которые позволяют рассматривать последние в качестве единственного средства высокоточной навигации современных летательных аппаратов. С той целью исследуется инфраструктура ГНСС, которая включает три составляющие: космический сегмент, НКУ, АП. Высокая ответственность, которая ложится на ГНСС в связи с выполняемыми ею функциями требует обеспечения высокого качества функционирования и целостности выдаваемой навигационной информации, В связи с этим используется большое число аппаратных, алгоритмических и программных методов контроля работоспособности качества и целостности навигационных измерений. Для комплексной оценки целостности и качества функционирования ГНСС используется целый ряд алгоритмов автономного контроля и автоматического исключения обнаруженных неисправностей бортовой НАП (RAIM, AIME, FDE), которые предполагают использование избыточной информации от большего, чем минимально необходимо, числа спутников. Показано, что перечисленные алгоритмы, не позволяют обеспечить требуемый уровень целостности навигационных измерений в силу присущих им недостатков: - каждый из описанных алгоритмов решает локальную задачу контроля работоспособности того или иного сегмента ГНСС; - при этом используется большое количество разрозненных показателей, имеющих различную физическую природу и не имеющих единой шкалы измерений, что делает невозможным комплексную оценку целостности навигационных измерений; - большое количество возможных вариантов реконфигурации навигационных средств затрудняет выработку своевременного и правильного решения, тем более что такое решение принимается в условиях риска и неопределенности.
В связи с этим рассматриваются возможности новых информационных технологий, направленных на решение задачи ППР при оценке целостности навигационных измерений. Рассматриваются основные методы ППР: на основе качественной информации о предпочтениях и последствиях, принятия решений с дискретизацией неопределенности, с использованием субъективных критериев, в условиях риска и неопределенности на основе глобальных критериев, выбора решений с использованием количественной информации о предпочтениях и последствиях и т,д. Чтобы комплексно учесть объективную составляющую при принятии субъективных решений широко используется компьютерная поддержка процесса принятия решений. Компьютерные технологии основаны на формализации методов получения исходных и промежуточных оценок, предоставляемых экспертом предметной области, и алгоритмизации самого процесса выработки решения. Несмотря на все многообразие различных способов ППР все они отличаются общим недостатком: качество принимаемого решения определяется уровнем исходной информации об условиях функционирования навигационной системы, о целесообразности принимаемых решений и о последствиях принятых решений. Исходя из результатов проведенного анализа формулируются основные задачи исследования.
Анализ особенностей функционирования современных систем глобального позиционирования
ГНСС оказали в течение последнего десятилетия наиболее существенное влияние на формирование принципов системной интеграции не только бортового авиационного оборудования, но и наземной инфраструктуры управления воздушным движением [37]. Все это дает основание говорить о новой концепции организации воздушного пространства с использованием "Будущей воздушной системы навигации" (FANS), разработка которой активно субсидируется ИКАО. Конкретные приложения этой концепции реализуются с разной степенью успеха в программах "Уверенный полет" (Sure- Flight), "Полет 2000" (Flight 2000), "Свободный полет" (Free Flight). Апробированные в ходе выполнения указанных программ новые технологии связи, навигации, наблюдения и управления воздушным движением объединяются сегодня общим понятием CNS/ATM, В России разработана Федеральная программа модернизации единой системы ОВД на период до 2005 года, которая предусматривает внедрение аэронавигационных средств, соответствующих принципам CNS/ATM. Эта задача представляется особо актуальной в связи с объявленными в 1998 году планами открытия новых трансполярные и кросс-полярных воздушных трасс, позволяющих связать по кратчайшим маршрутам Северную Америку и Западную Европу со странами Азиатско-Тихоокеанского региона. Отметим основные преимущества, которые предоставляют пользователям спутниковые средства CNS/ATM [38]: размер рабочей зоны по поверхности земного шара не ограничен; высокоточное трехмерное определение координат местоположения и вектора скорости в реальном масштабе времени; неограниченная пропускная способность системы и высокая помехозащищенность; относительно невысокая стоимость навигационной бортовой аппаратуры потребителей; автоматизированное самолетовождение по запрограммированным оптимальным траекториям с соблюдением норм продольного, бокового и вертикального эшелонирования на всех этапах полета, включая посадку по нормам категории Ш; надежная и качественная трансляция сообщений с борта и на борт летательных аппаратов; повышения безопасности полетов при росте интенсивности воздушного движения; снижение эксплуатационных затрат на техническое обслуживание, максимальной экономии топлива; снижения нагрузки на экипаж.
Исследование особенностей ГНСС, определяющих структуру системы ППР при оценке целостности навигационных измерений
Перспективы использования ГНСС в качестве основного средства высокоточной оперативной навигации в значительной мере зависят от их способности анализировать в полете текущую навигационную информацию с целью обнаружения ухудшения ее качества и своевременного исключения непригодных данных из дальнейшей обработки. Анализ основных тенденций в области создания спутниковых систем навигации и связи, проведенный в первой главе, позволил выявить следующий круг проблем, связанных с целостностью навигационных измерений; - высокая размерность задачи принятия решения, обусловленная системной интеграцией в рамках единого навигационного комплекса не только бортового авиационного оборудования, но и космического сегмента, а также наземной инфраструктуры управления; - неопределенность условий, в которых осуществляется процедура принятия решения; - использование принципов композиционного метода принятия решения.
Проблема высокой размерности задачи ГШР относится ко всей совокупности исследуемых альтернатив: множеству целей, достижение которых решает задачу оценки целостности; множеству путей и средств достижения целостности навигационной информации, которая зависит от большого числа факторов, наиболее существенными из которых являются геометрические факторы, факторы распространения радиоволн в атмосфере, факторы, обусловленные качеством навигационных сигналов и несовершенством аппаратуры потребителя.
Проблема неопределенности также охватывает все этапы оценки риска нарушения целостности навигационной информации. При этом неопределенные факторы, связанные с получением навигационной информации, имеют разнородный характер. Их существование обусловлено как недостаточной изученностью различных факторов, сопровождающих процесс получения навигационной информации, так и влиянием внешних воздействий, имеющих стохастическую природу-Суть проблемы, связанной с использованием принципов композиционного принятия решений состоит в том, что процедура обеспечения требуемого уровня целостности навигационных измерений разбивается на ряд эта пов, каждый из которых характеризуется определенным уровнем детализации задачи. Вначале рассматриваются возможности предупреждения нарушений в навигационной аппаратуре. Эти возможности базируются на методах обеспечения надежности и отказоустойчивости спутниковой, авиационной и наземной аппаратуры, а также на методах повышения чувствительности и помехоустойчивости средств измерений. Далее исследуются меры по полному, своевременному и достоверному выявлению возможных нарушений. Наконец, исследуются способы устранения неблагоприятных последствий выявленных нарушений. Задачи, решаемые на каждом из этапов, должны быть достаточно строго согласованы с глобальной целью, для достижения которой создается навигационный комплекс. Основой согласования локальных задач и целей с общей целью являются исследования эффективности решений, направленных на достижение этой глобальной цели. Так возможности предупреждения нарушений закладываются при проектировании комплекса. На этом этапе осуществляется проблемный анализ в форме поиска возможных путей решения проблемы и целевых исследований, в рамках которых могут быть организованы методы структурного, функционального, временного резервирования и приняты решения по рациональному выбору средств достижения сформулированной цели. На основе результатов проведенных исследований должны быть сформированы требования к навигационному комплексу и выработана основная концепция целостности навигационной информации. Для этого проводится анализ внешней обстановки для уточнения оценок риска нарушения целостности навигационной информации в выявленных условиях, а также вырабатываются требования к ГНСС по обобщенным критериям эффективности.
Задачи второго этапа решаются с использованием алгоритмических и аппаратных средств контроля работоспособности основных элементов ГНСС и диагностики отказавших устройств. На третьем этапе основные решения связаны с использованием различных форм избыточности, заложенных, соответственно, в космический, пользовательский и наземный сегменты ГНСС. Так избыточность космического сегмента связана с возможностью использовать большее, чем необходимо для решения навигационной задачи, количество НИСЗ, Избыточность бортовой аппаратуры заключается в комплексированни различных навигационных средств, включая аэрометрические и астронавигационные комплексы,
В свою очередь, каждый из перечисленных этапов можно разбить на следующие четыре стадии: определение цели принятия решения; определение объекта при принятии решения; синтез математической модели объекта принятия решения; формализация задачи принятия решения. На первой стадии проводится анализ прогнозируемых изменений внешней среды и оцениваются рассогласования характеристик действующих спутников относительно их требуемых значений, соответствующих допустимому уровню эффективности этих спутников. Решение о получении информации с нового спутника принимают при существенном увеличении риска целостности навигационной информации в прогнозируемых условиях обстановки. После всестороннего обоснования и принятия решения о выборе нового созвездия НИСЗ производится реконфигурация.
Формирование агрегированных критериев для оценки риска нарушения целостности навигационных измерений
В данной главе формируются агрегированные критерии оценки риска нарушения целостности навигационных измерений в условиях внутренних и внешних неопределенных факторов на основе исследования параметров имитационных моделей, В существующих алгоритмах оценки целостности используется большое количество разнородных показателей: распределения, дискретные функции, непрерывные функции. При этом часто используемые статистические характеристики не только не отвечают требованиям по их состоятельности, достоверности и эффективности, но и не позволяют правильно интерпретировать состояние навигационных измерений. Все это накладывает вполне определенный отпечаток на принцип выбора совокупности оценочных функций и методику их оценки. Чтобы некоторая функция, определенная на множестве проектных альтернатив и характеризующая степень достижения цели принятия решения, могла рассматриваться в качестве показателя эффективности, она должна удовлетворять следующим требованиям: соответствие цели; содержательность и интерпретируемость; измеримость; минимальность числа используемых частных показателей; полнота. В связи с отмеченными недостатками существующих оценочных функций решена задача разработки интегрированного показателя риска, которая предусматривает выполнения следующих этапов: - выбор формы представления показателя риска в виде свертки локальных оценочных функций; - разработка единой шкалы измерения для отдельных составляющих интегрированного показателя; - разработка метода вычисления количественных значений отдельных составляющих и всего интегрированного показателя. При выполнении первого этапа использована информация о свойствах оценочных функций, которая определяет возможные формы свертки крите риев. На втором этапа используются методы бального оценивания, построив общую 100 - бальную шкалу для локальных оценочных функций. При выполнении третьего этапа используются результаты разработки имитационной модели ГНСС. Данная модель учитывает существующие принципы космической навигации и наиболее существенные факторы, влияющие на точность навигационных измерений. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что величина ошибок измерения существенно зависит от конфигурации созвездия НИСЗ и от местоположения наземного объекта относительно ОГ. В результате предлагается принцип «восходящей деградации» созвездия, используемый для повышения достоверности оценки качества выбираемых созвездий НИСЗ.
Формирование агрегированных критериев для оценки риска нарушения целостности навигационных измерений Как было показано в первой главе, существующие алгоритмы оценки целостности используют большое количество разнородных показателей, которые задаются в виде распределений случайных значений измеренных навигационных параметров, включая географическую долготу и широту, высоту над опорным эллипсоидом, составляющие путевой скорости и текущее время; в виде дискретных функций, таких как команды RAIM и AIME о режимах работы, сигналы тревоги и предупреждения о готовности/неготовности навигационной информации; в виде непрерывных функций, характеризующих среднеквадратические отклонения измерения горизонтальных координат, высоты, аппроксимирующий зависимостей и т.д. На первый взгляд кажется, что чем большее количество контролируемых параметров анализируется, тем более полная и достоверная оценка риска может быть получена. При зтом из поля зрения упускается то обстоятельство, что в случае оценки эффективности подобных сложных многопараметрических объектов недопустимо игнорировать такие важные факторы, как неравнозначность отдельных оценочных функций с точки зрения их влияния на эффективность функ ционирования всего навигационного комплекса в целом возможная взаимосвязь оценочных функций и обеспечение требуемой точности их вычисления в различных условиях полета.
Цель ППР накладывает вполне определенный отпечаток на принцип выбора совокупности оценочных функций и методику оценки на их основе уровня риска. При этом используемые статистические характеристики зачас тую не отвечают требованиям состоятельности, достоверности и эффектив ности т.к. формируются на основе ограниченных цензурированных выборок В результате выбранные предположения об их вероятностных распределени ях не всегда являются оправданными- Кроме того» перечисленные характери стики не позволяют правильно интерпретировать состояние навигационных измерений, тж. количество контролируемых параметров принимается макси мально возможным» а численные значения некоторых показателей не подда ются реальному осмыслению и, следовательно, не могут служить основной для принятия решения о целесообразности использования полученных нави гационных данных или о необходимости реконфигурации средств измерения. - Чтобы некоторая функция, определенная на множестве возможных альтерна тив и характеризующая степень достижения цели ППР, могла рассматриваться в качестве показателя риска, она должна удовлетворять следующим требованиям. Соответствие цели, которое состоит в том, что экипаж, зная значение показателя в той или иной ситуации, полностью представляет себе, к каким последствиям приведет принимаемое решение. Содержательность и интерпретируемость. Сам показатель риска, а также его компоненты должны быть понятны и иметь ясный физический смысл. Однако численные значения некоторых из используемых показателей не поддаются реальному осмыслению и, следовательно, не могут служить основой для принятия оперативных решений. Так точность оценивается способностью удерживать ВС в пределах суммарной погрешности (TSE - Total System Error) с вероятностью не менее чем 10"7 на час полета на маршруте и при каждом заходе на посадку. В свою очередь требования к вероятности выявления отказа составляют для захода на посадку по I, II и III категориям ИКАО, соответственно, 0,999999, 0,9999999 и 0,9999999995. При этом согласно стандарту ШЕЕ 379-1977 при толковании вероятности целесообразно руководствоваться шкалой, приведенной в таблице 3,1. Следовательно, событие с вероятность 10"7 1/час можно охарактеризовать как в 10 раз менее вероятное, чем невероятное. Все это требует специальных мер по объективизации используемых оценок.
Программный модуль поддержки принятия решений в условиях риска и неопределенности
В данной главе излагаются результаты разработки программных модулей системы ППР и имитационной модели ГНСС «Спутник». Первый из указанных модулей реализует эвристический алгоритм дискретной оптимизации для точечной и интервальной шкал, второй - предложенную в третьей главе имитационную модель ГНСС, которая включает модель космического сегмента с орбитальной группировкой НИСЗ, модель погрешностей навигационных измерений, модель сегмента навигационной аппаратуры потребителя. Оба программных модуля реализованы в среде Delphi 5, что позволило использовать при создании программ объектно-ориентированный подход и визуальное программирование интерфейса. В результате была создана функционально и информационно интегрированная программная система, включающая: - законченные приложения для Windows самой различной направленности, от вычислительных и логических, до графических и мультимедийных; - дружественный интерфейс пользователя, удовлетворяющий всем требованиям Windows и автоматически настраивающийся на библиотечные функции и процедуры; - необходимый набор динамически присоединяемых библиотек (DLL) компонентов, форм, функций, которые можно использовать в других средах программирования; - справочные системы как для своих приложений, так и для любых других, Windows-совместимых операционных систем» Эффективность программных модулей апробирована с использованием специально разработанных сценариев оценки риска нарушения целостности навигационных измерений, которые предусматривают следующие возможные варианты действий при возникновении риска нарушения целостности: сохранение исходной коифигурагоог; реконфигурация созвездия; реконфигурация средств измерения. Кроме того, были проведаны навишционные расчеты с использованием имитационной мидели ГНСС, позволившие проверить сходимости метода 1 Іьютона - Р&феони при изменении числе яндейстш-вдшдаж спутников, а также оценить прсыя выполнений расчета в мшшшсш от числа спутников.
Пршрамммый модуль реализует описанный во второй главе эвристический алгоритм дискретной оптимизации для точечной и интервальной шкал. Исходными дйшпымш ддя выбора оптимального в&рй&ита решения являются сформированные полмоветслем массивы иесдедуемых опорных вариантов, возможных экспериментов, их результатов случайных факторов, субъективных оценок риска рассматриваемых вариантов в различных ситуациях, а также субъективных априорных вероятностей этих случайных факторов и результатов экспериментов Программа обеспечивает: графический интерфейс, позволяющий пользователю, имеющему элементарные навыки работы с Windows-приложениями, быстро освоить программу; легкий и удобный ввод исходных данных; контроль за правильностью вводимых данных; средства помощи.
Большую часть экрана занимает первоначально пустое окно вывода отчета, которое отображает данные, введенные пользователем через диалоговые окна. Вверху окна приложения размещаются несколько строк с типовыми элементами Windows-интерфейса. Верхняя строка - титульная. Она содержит название загруженного или вводимого документа. Вторая сверху строка окна является главным меню. Она обеспечивает доступ к командам в процессе работы с программой. Здесь работа с меню осуществляется так же, как и в других приложениях Windows, Третья строка содержит панель инструментов. Она состоит из кнопок, обеспечивающих быстрый доступ к часто используемым командам меню. Для пояснения назначения кнопок используются всплывающие подсказки» которые появляются, если подвести указатель мыши к интересующей пиктограмме.
Внизу окна приложения находится строка состояния. В строке состояния отображаются более подробные (по сравнению с всплывающими подсказками) сведения о функциях элементов над которыми перемещается курсор мыши.
Главное меню обеспечивает доступ к командам в процессе работы с программой. Меню программы состоит из четырех позиций, назначение которых приведено ниже: 1. Позиция Файл главного меню служит для работы с файлами документов. Ниспадающее подменю позиции Файл состоит из трех групп. Первая группа содержит операции по созданию, открытию и сохранению документов и включает следующие команды: Создать, Открыть,.., Сохранить, Сохранить как.... Вторая группа предназначена для печати докумен 139 тов и состоит из одной команды Печать. Третья группа представлена командой Выход. 2. Позиция Ввод главного меню включает команды по вводу сформированных пользователем массивов исходных данных: Выбор метода., -для выбора шкалы измерения; Данные,.. - для ввода количества и наименований опорных вариантов, экспериментов, их результатов и случайных факторов; Вероятность случайных факторов... - для задания субъективных априорных вероятностей случайных факторов; Оценка... - для ввода субъективных оценок риска рассматриваемых вариантов и априорных вероятностей результатов экспериментов. 3. Позиция Расчет позволяет запустить процесс вычислений для выбранного типа шкалы и введенных данных. Эта позиция становится дос тупной только после ввода всех исходных данных. После завершения вычис лений в отчет добавляются строки, в которых указывается оптимальный экс перимент и список оптимальных вариантов решений для каждого результата этого эксперимента.
