Адаптивные способы анализа, оценки и повышения эффективности бортовой подсистемы обработки данных дистанционного зондирования земли Кафаров, Сахиб Гасанага

Введение к работе

Актуальность работы. Изучение природных ресурсов Земли (ИПРЗ) с помощью бортовых систем дистанционного зондирования (БСДЗ) является в настоящее время одним из интенсивно развивающихся направлений науки и техники. Научные данные, получаемые БСДЗ в ходе аэрокосмических экспериментов, открывают перед исследователями широкие возможности анализа и обработки данных дистанционного зондирования (ДЗ) о природных процессах при решении большого комплекса научных и технических задач в интересах эффективного и рационального использования природных ресурсов Азербайджанской Республики. БСДЗ представляют собой сложные автоматизированные комплексы обработки информации. Состав и архитектура БСДЗ зависит от целевого предназначения, решаемых задач и технико-эксплуатационных требований, предъявляемых к ней потребителями различных отраслей. При исследовании информационных и эксплуатационных возможностей БСДЗ необходимо учитывать особенности ее организационной структуры, обусловленные наличием или отсутствием средств обработки информации на борту, возможными видами и вариантами построения и комплексирования бортоаой аппаратуры дистанционного зондирования Земли.

Архитектура современных бортовых систем дистанционного зондирования Земли представляет собой сложную композицию различных подсистем: управления носителем, обработки данных (ОД), навигационной, энергетической и т.д. Роль и место подсистемы обработки данных (ПОД) в эффективном решении задач ДЗ в архитектуре БСДЗ является определяющей. Тем более, что развитие современных информационных и компьютерных технологий создало предпосылки для создания высокопроизводительных вычислительных средств, удовлетворяющих требованиям и ограничениям бортовых подсистем обработки данных. Эффективность функционирования бортовой подсистемы обработки данных определяется адаптивностью ее программно-технической и алгоритмической структуры к изменению интенсивности информационных потоков, поступающих от зондируемых природных объектов. Тенденция к увеличению информационных потоков и усложнение решаемых задач ДЗ с одной стороны, и необходимость обработки больших массивов данных в реальном масштабе времени при заданных требованиях и ограничениях на системотехнические характеристики бортовой подсистемы обработки данных ДЗ с другой - часто приводят к тому, что вычислитель подсистемы обработки данных не справляется с возложенными на него функциями или работает в режиме пиковых информационных нагрузок. Поэтому задача создания способов анализа, оценки и повышения эффективности архитектуры бортовой подсистемы обработки данных, адаптивной к изменению интенсивности информационных потоков, поступающих на вход ПОД является весьма актуальной.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка способов анализа, оценки и повышения эффективности архитектуры обработки данных подсистемы обработки данных, адаптивных к изменению интенсивности информационных потоков данных ДЗ, поступающих на вход подсистемы обработки данных в виде полей электромагнитного излучения определенных диапазонов длин волн, характеризующих состояние природных объектов и экосистем.

Для достижения цели в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Структурный анализ архитектуры бортовой ПОД ДЗ;

2. Оценка эффективности процесса дискретной обработки данных;

3. Оптимизация временной диаграммы решения функциональных задач ДЗ;

4. Сглаживание пиковых информационных нагрузок вычислителя ОД.

Методы исследований. Исследование базируется на методах теории информации, методах теории систем массового обслуживания, методах математического анализа, методах аналитического моделирования , методах макропроектирования сложных систем.

Научная новизна исследований и полученных результатов. В результате проведенных исследований и решения поставленной задачи: - предложен адаптивный способ анализа и оценки эффективности архитектуры обработки данных ПОД, базирующийся на математическом аппарате теории систем массового обслуживания и системном макропроектировании программно-технических и алгоритмических средств;

- предложен адаптивный способ повышения эффективности процесса обработки
дискретных данных ДЗ для заданных ограничений на параметры процесса;

предложен новый способ оптимизации временной диаграммы решения функциональных задач ДЗ для эффективного использования текущей информационной производительности вычислителей ПОД при возрастании объемов информационных потоков;

предложен новый способ сглаживания пиковых информационных нагрузок вычислителя подсистемы обработки данных ДЗ, для ее равномерной загрузки потоками данных, подлежащих обработке.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные в результате выполнения диссертационной работы способы повышения эффективности архитектуры ОД ПОД позволяют провести макропроектирование архитектуры ОД, обеспечивающей необходимую и достаточную информационную производительность при решении прикладных задач ДЗ в реальном масштабе времени. При этом можно получить количественную оценку эффективности архитектуры ПОД за счет выбора наиболее оптимальных системотехнических характеристик. В . итоге исследователь или проектировщик получает конкретные данные для разработки

аргументированных технических решений по созданию новых и модернизации существующих ПОД БСДЗ. Результаты работы реализованы в госбюджетной НИР "Исследование информационных свойств штатной измерительной аппаратуры самолета-лаборатории и ее комплексирование", проводившейся в Институте Космических Исследований Природных Ресурсов АНАКА в 1996-97г.г. Результаты проведенных исследований вошли в научно-технические отчеты и переданы в вышеуказанную организацию.

Апробация работы. Основные положения и результаты были доложены и обсуждались на научных семинарах, проведенных Азербайджанским Национальным Аэрокосмическим Агентством, Азербайджанской Национальной Академией Авиации и на 2-ом Международном Симпозиуме "Проблемы математического моделирования, управления и информационных технологий з нефтегазовой промышленности", Баку, 1998 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы б работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

5. Способ анализа и оценки эффективности архитектуры обработки данных ПОД, базирующийся на математическом аппарате теории систем массового обслуживания и системном макропроектировании программно-технических и алгоритмических средств.

6. Способ повышения эффективности процесса обработки дискретных данных ДЗ для заданных ограничений на параметры процесса.

7. Способ оптимизации временной диаграммы решения функциональных задач ДЗ для эффективного использования текущей информационной производительности вычислителей ПОД при возрастании объемов информационных потоков.

4. Способ сглаживания пиковых информационпых нагрузок вычислителя
подсистемы обработки данных ДЗ для ее равномерной загрузки потоками
данных, подлежащих обработке.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст изложен на 138 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 2 таблицы. Список литературы включает 73 источника.