Введение к работе
Актуальность проблемы. В различных направлениях деятельности гсовека широкое распространение получили информационные сигмы (ИС) различного назначения. Защита ИС от естественных и ис-сственно создаваемых (организованных ) помех представляет собой ну из важнейших проблем их синтеза, решение которой способно азать существенное влияние на эффективность использования обслу-шаемых ими объектов. Проблемы синтеза помехоустойчивых ИС осматриваются на примере ИС, применяемых в локации при управ-яии подвижными объектами, так как именно здесь как отдельно, так з совокупности проявляется действие различных видов естественных эрганизованных помех. В настоящее время отмечается быстрое и эф-ктивное развитие методов и средств информационного противодей-
ШЯ.
Выводы и рекомендации по повышению помехоустойчивости рас-остраняются практически на все ИС.
Предметом исследования является помехоустойчивость ИС по-нжного управляемого объекта (ПУО) с ранним обнаружением изме-яий свойств входных сигналов, понимаемая не в узком смысле - хак эсобность к выделению полезного сигнала из смеси его с помехами за rt селективных способностей ИС, а в широком - как способность к делению полезной информации, заложенной в принимаемых из ружающей среды сигналах, в том числе и помеховых. Исследование оводится на математических и алгоритмических моделях ИС, ПУО и ружающей среды, причем особое внимание уделяется необходимой и зтаточной степени адекватности при описании и воспроизведении этехающих процессов.
Прагматической целью исследования является повышение помехо-ойчивости ИС к действию организованных помех, наиболее эффек-шыми из которых обоснованно считаются маскирующие и имити-ощие помехи. Маскирующие помехи, обладая, как правило, значи-ъно большей мощностью по сравнению с полезными сигналами, сгнчески имитируют внутренние шумы приемников большой интен-шости, что практически исключает возможность обработки полез-х сигналов. Следствием воздействия маскирующих помех на ИС яв-тся появление неинформативных измерений и перерывы в обрабог-информации. Воздействие имитирующих помех на ИС приводит к шлению множества ложных сигналов, не отличаемых от полезных по [нформативным признакам. Это соответствует имитации возможной уации, когда реально в поле зрения ИС присутствует множество »ектов. Существенной особенностью функционирования ИС в таких
условиях является то, что в них производится обработка информации одновременно о нескольких физических объектах, причем число объектов и значения их параметров случайны и случайным образом изменя ются с течением времени - на смену объектам, прекратившим свое суще ствование или выходящим за пределы зоны контроля ИС, в случайны! моменты времени появляются новые. Задачи управления ИС з таки: условиях достаточно успешно решаются с помощью научно методического аппарата управления процессами наблюдения. В на стоящее время достаточно хорошо развиты общие методы анализа і синтеза систем со случайными скачкообразными изменениями структу ры на основе рассмотрения их динамики в пространстве состояний і интегрирования обобщенных уравнений Фоккера - Планка - Колмс горова для функций плотности вероятности. Приближенные методі основаны на анализе уравнений для вероятностных моментов фазовы координат системы и уравнений для вероятностей состояний (структур в которых находится система.
Однако особенности задач, возникающие при действии на W ПУО организованных помех, не позволяют для их решения воспользе ваться разработанными в классе систем случайной структуры алгори" мами обработки информации в существующем виде. Это обусловлен тем, что существующие алгоритмы ориентированы на скачкообразнс изменение свойств процессов и параметров систем, в то время, как наї более трудно различимые, но часто встречающиеся постепенные изм нения свойств случайных процессов не рассматриваются. Соогве ствующая данному случаю и в то же время являющаяся самостоятел ной задача о скорейшем обнаружении момента изменения свойств ел чайных процессов (задача о "разладке") усилиями многих авторе практически решена. При этом достигнуты потенциальные характер стики процедуры обнаружения только при скачкообразн< "разладке". Существующие методы обнаружения постепенно возн кающей "разладки" не удовлетворяют потребностей практики, а имен] - относительно большая задержка в обнаружении "разладки" не позв ляет разрабатывать алгоритмы, устойчивые к действию организова ных помех.
Таким образом, актуальность научной проблемы, решаемой диссертации, связана с тем, что существующие методы и модели раз ботки помехоустойчивых информационных систем не дают достаточк го эффекта защиты от помех, имитирующих постепенные изменения г раметров систем или свойств входных сигналов, из-за отсутствия ме; низма повышения вероятности принятия правильного решения "разладках" и сокращения задержек при их обнаружении.
Диссертационная работа выполнена в Тамбовском ВВАІ им,ФЭ.Дзержинского в соответствии с Приказом МО СССР N80
(.02.1989 г. и Приказом ТВВАИУ N20 от 24.01.1991 г. Работа выполнись в рамках НИР "Переплавка", заданной постановлением СМ ССР N741-208 от 19.06.1986 г. и Поручением Комиссии по военно-юмышленным вопросам при СМ СССР от 10.09.1987 г. и НИР автомат", заданной НТК ВВС N29102 от 24.01.1992 г.
Целью диссерташюпной работы является развитие методологии, учных основ синтеза информационных систем подвижных объектов . базе теоретического обобщения, разработки математических, алго-ггмических моделей раннего обнаружения изменения свойств входных гналов и управления процессом наблюдения.
Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач:
изучение особенностей синтеза помехоустойчивых информацион-IX систем подвижных объектов и определение направлений исследо-ний;
определение классификационных признаков входных сигналов и мех, разработка математических моделей условий функционирова-я помехоустойчивых информационных систем подвижных объектов, дверженных организованному противодействию;
разработка методов и алгоритмических моделей управления из-рителями информационной системы на случай наблюдаемости изме-іий свойств входных сигналов;
структурный синтез измерителей информационных систем полисных объектов, предназначенных для функционирования в услови-действия организованных помех;
разработка методов, математических и алгоритмических моделей wero обнаружения моментов изменения свойств случайных процес-s по информации измерителя и индикатора. Обобщение на случай юльзования для обнаружения только измерителя;
разработка метода структурного синтеза помехоустойчивых ин-эмационных систем подвижных объектов на базе математических, оритмических моделей раннего обнаружения постепенных измене-І свойств входных сигналов и алгоритмических моделей управления щессом наблюдения. Обобщение на случай скачкообразных измене-\ свойств входных сигналов или параметров систем;
реализация результатов теоретических исследований в бортовой Ьормационной системе подвижного объекта, разработка алгоритми-кого обеспечения. Методы исследования. Выполненные исследования базируются на ользовании теории статистических решений, теории условных мар-ских процессов, теории систем со случайно изменяющейся структу-І, теории последовательных решений. Общей методологической овоЙ является системный подход.
Научная новизна диссертации заключается в развитии методоло гии и научных основ синтеза помехоустойчивых информационных си стем подвижных объектов с ранним обнаружением изменений свойсп входных сигналов:
в физическом обосновании и аналитическом описании нового та па классификационных признаков входных сигналов и помех ИС - со путствующих признаков, возникающих при изменениях свойств вход ных сигналов или параметров систем;
в разработке способа отображения воздействия организованны помех на выходные сигналы измерителей информационных систем, оч личающегося возможностью учета сопутствующих признаков;
в разработке в рамках теории динамического эксперимента мете дов и соответствующих алгоритмических моделей управления измери телями помехоустойчивых информационных систем подвижных объек тов, отличающихся возможностью раннего обнаружения воздействи организованных помех и одновременным двухуровневым управление] каналом наблюдения и контуром управления измерителя;
в разработке метода синтеза структур измерителей информацион ных систем, отличающегося введением индикатора сопутствующег признака, управляющего структурой измерителя;
в новой строгой постановке и разработке двух методов решени задачи раннего обнаружения изменений свойств случайных процессо по информации измерителя и индикатора. В разработке математичг ских и алгоритмических моделей раннего обнаружения постепенны изменений свойств входных сигналов. В обобщении разработанны методов на случай использования для обнаружения только измерителя:
в разработке метода структурного синтеза помехоустойчивых иь формационных систем подвижных объектов, отличающегося возмон ностью управления структурой в каждый текущий момент времени н основании априорной информации об интенсивностях изменени входных сигналов, выходных сигналов индикаторов сопутствующи признаков и выходных сигналов измерителей. В обобщении метода н случай скачкообразных изменений свойств входных сигналов или ж раметров систем.
На защиту выносятся:
-
Методология и научные основы синтеза помехоустойчивы информационных систем подвижных объектов с ранним обнаружение изменений свойств входных сигналов.
-
Новые методы, модели, алгоритмы синтеза информационны систем и управления процессом наблюдения.
-
Алгоритмическое обеспечение, реализованное в бортовом вь числителе реального летательного аппарата.
Практическая значимость работы состоит в создании комплекса струментальных средств в виде методов, моделей и алгоритмов, едназначенных для синтеза структурных схем измерителей ИС, а оке для разработки информационного, математического и алгорит-ческого обеспечения помехоустойчивых информационных систем движных управляемых объектов с ранним обнаружением изменений эйств входных сигналов.
Реализация. Основные теоретические и практические результаты ссертационной работы реализованы в виде правовых актов, а имен-: "Приложение к ОТТ 4.2.1. Раздел 6.4. Вып.Г, "Приложение к ОТТ !.!. Раздел 6.4. Вып.2" , утвержденных МО РФ и являющихся обязанными для организаций Министерства Обороны РФ, а также в виде: года классификации внешних условий функционирования и внутрен-х состояний информационных систем, алгоритмического обеспечения формационной системы распознавания ЛА, используемых в Гос. ІО АС (г.Самара); метода обнаружения факта воздействия помех и равления структурой ИС беспилотного ЛА, используемого в НИЦ А. (г.Санкт-Петербург); математических и алгоритмических моделей ннего обнаружения изменений свойств случайных процессов, ис-пьзуемых в ПО 'Электроприбор" (г.Тамбов); метода оценки техниче-эго состояния образцов AT, алгоритма контроля и управления тех-ческим состоянием ИС, используемых в в/ч 15650 при разработке ме-щк метрологического обеспечения испытаний AT. Результаты дис-лационной работы реализованы также в учебном процессе Там-вского ВВАИУ в виде учебника и лекционных материалов.
Апробация работы. Основные результаты исследований, вы-лненных по теме диссертации докладывались и обсуждались на спеющих Международных, Всероссийских и отраслевых научно-шических конференциях : " Проблемы повышения эффективности \В" (пМосква, 1985г.), "Проблемы помехозащищенности и повыше-я эффективности комплексов средств РЭБ" (гЛСиев, 1989г.), Повышение эффективности систем наведения ЛА в условиях РЭП" Минск, 1989г.), "Проблемы управления воздушным транспортом" Киев, 1989г., 1992г.), "Проектирование и производство систем ракет-го и артиллерийского вооружения" (пМосква, 1990г.), "Проблемы вершенствования ЮК и систем обеспечения полетов" (г.Москва, 93г.), "Проблемы и перспективы развития КАВ" (г.Москва, 1993г.), інформационньїе технологии и системы в авиации" (г.Москва, 94г.), "Проблемы технического обеспечения ВВТ" (г.Москва, 1995г.), [роблемы морской авиации, пути их решения и перспективы развития <" (г.Санкт-Петербург, 1996г.), "Радио и волоконно оптическая связь, кация и навигация" (г.Воронеж, 1997г.), "Повышение эффективности едств обработки информации на базе математического и машинного
моделирования" (г.Тамбов, 1993г., 1995г., 1997г.), а также на научно технических семинарах ВВИА им.проф.Н.Е.Жуковского, МВТУ им НЭ.Баумана, МАИ им.С.Орджоникидзе, Минском ВИЗРУ ПВО, Рос товском ВВКИУ РВСН, Киевском ВВАИУ, Киевском ИИГА, в/ч 48230 в/ч 75360, Тамбовском ВВАИУ.
Выполнено 19 научно-исследовательских работ (8 из них под на учным руководством автора), 18 из которых заданы Научно техническим комитетом и ПС ВВС и одна - постановлением СМ ССС] N 741-208 от 19.06.1986г. и Поручением Комиссии по воєнно промышленным вопросам при СМ СССР от 10.09.1987г.
Частично материалы диссертационного исследования были пред: ставлены в конкурсной работе на соискание премии им. "Ленинског комсомола".
Получены два патента на изобретения (один из них на способ).
Результаты исследований послужили основой выполнения дву кандидатских диссертаций под научным руководством автора. Публикации. По результатам проведенных исследований и практичг ских разработок опубликовано 107 научных работ, из них 19 отчето о НИР, 2 конкурсные работы, 1 учебник, 2 патента на изобретения, 8 статьи (из них 15 в центральных изданиях и изданиях академии нау РФ) и материалов докладов. Основное содержание работы изложено 46 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит v введения, шести глав, заключения, списка использованных источнике из {39 наименований, и 4 приложений. Основной текст изложен и 5JOстраницах. Работа содержит -5" таблиц и 6"5~ рисунков. Объе приложений ЗО стр.
