автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация диагностирования систем управления оружием в динамических режимах тестирования

003489180

На правах рукописи

Векленко Юрий Алексеевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОРУЖИЕМ В ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ ТЕСТИРОВАНИЯ

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 лен 2003

Курск-2009

003489180

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет» в филиале кафедры вычислительной техники в ОХП ОКБ «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Зотов Игорь Валерьевич

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Сизов Александр Семёнович

кандидат технических наук Мухин Иван Ефимович

Ведущая организация: ОАО «РПКБ»

Защита состоится 30 декабря 2009 г. в часов на заседании совета по

защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.03 при Курском государственном техническом университете по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94 (конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94, КурскГТУ, ученому секретарю совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.03.

Автореферат разослан 28 ноября 2009 г.

Ученый секретарь совета Д 212.105.03

Ф.А. Старков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Производство автоматизированных систем управления оружием (АСУО) современных летательных аппаратов предполагает последующую опытную эксплуатацию сразу с полезной нагрузкой (либо коммерческой, либо по Госзаказу). Это приводит к значительному сокращению этапа лет-но-конструкторских испытаний, что вступает в противоречие с требованиями к уровню надежности поставляемой на рынок техники. Таким образом, принципиальное значение имеет организация наземной отработки АСУО, которая рассматривается как комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению экспериментального определения показателей качества и надёжности разрабатываемых систем, соответствия их характеристик установленным требованиям.

Наземная отработка АСУО осуществляется на основе лабораторно-стендовой испытательной базы с применением научно-обоснованных методик испытания. Для организации эффективной лабораторно-стендовой отработки необходимо развитие в следующих направлениях:

а) адресная разработка и модернизация стендовой базы;

б) разработка и внедрение автоматизированных информационно-измерительных и управляющих систем технического диагностирования в реальном времени испытаний;

в) создание единой информационной системы лабораторно-стендовой отработки, позволяющей объективно оценивать состояние отработки на требуемом интервале времени;

г) разработка и внедрение расчетно-экспериментальных методов наведения на исследовательском и отработочном этапах испытаний;

д) комплексирование стендовых изделий для организации комплексной отработки совокупности макросистем.

Современные стенды наземной отработки АСУО можно условно разделить на два вида. Стенды первого вида решают традиционную для всех поколений АСУО задачу моделирования инициализации, подготовки и безопасного применения всех типов авиационных средств поражения (АСП). Стенды второго вида дополнительно имитируют передачу и преобразование информации для прицеливания телевизионных, лазерных, инфракрасных и других типов головок самонаведения АСП, что свойственно последним, четвёртому и пятому, поколениям АСУО. Отработка АСУО на стендах первого вида проводится с использованием имитационных моделей АСП, управляющих комплексов и другого оборудования летательных аппаратов. При этом предусматривается регистрация результатов в виде циклограмм. Стенды второго вида предполагают отработку АСУО в соответствии с действующими методиками, включая проверку передачи информации по интерфейсам (каналам) целеуказаний.

Существующие стенды наземной отработки АСУО не обеспечивают достаточную точность локализации ошибок при диагностировании АСУО в части проверки информационных каналов целеуказаний. Отработка осуществляется только в статическом режиме при условии дискретизации аналоговых сигналов, что дополнительно снижает точность проверки функций по аналоговым интерфейсам

управления. В результате возможен пропуск потенциальных источников ненадёжности в работе АСУО и, в частности, так называемых динамических ошибок наведения, определяемых пространственным рассогласованием между требуемой и реальной траекториями прицеливания и обусловленные инерционностью каналов преобразования и передачи информации АСУО. В боевой обстановке существенные динамические ошибки могут привести к потере цели, невыполнению полётного задания при работе по наземным целям и потере летательного аппарата или его экипажа при работе по воздушным целям. Для преодоления указанных недостатков в ОКБ «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор» выполняется проектирование и производство новых стендов наземной отработки, обеспечивающих более высокую точность локализации источников динамических ошибок при диагностировании работы АСУО по информационным каналам. Однако их построение требует разработки соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения.

Таким образом, актуальной научно-технической задачей является разработка научных основ, моделей, алгоритмов и методик диагностирования АСУО на стевдах наземной отработки для более точной локализации источников динамических ошибок системы по информационным каналам целеуказания.

Работа выполнена в рамках НИОКР, проводимых по заказу Кизлярского электромеханического завода по дополнительному соглашению №2 от 29.09.08 к договору №1194 от 22.03.07 с ОКБ «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор», а также совместных НИР ГОУ ВПО КурскГТУ и ОКБ «Авиаавтоматика)) Курского ОАО «Прибор» (договор №1274, тема№1.219.08П).

Объектом исследования в диссертации являются стенды наземной отработки АСУО как управляющий комплекс имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов.

Предмет исследования составляют процессы, методы и алгоритмы диагностирования АСУО по информационным каналам в динамических режимах тестирования на стендах наземной отработки.

Цель диссертации', повышение точности локализации источников динамических ошибок наведения в автоматизированных системах управления оружием летательных аппаратов при их тестировании в процессе производства на стендах наземной отработки на основе разработки нового подхода к проведению диагностики каналов целеуказаний, алгоритма и методики тестирования системы по информационным каналам.

Задачи исследований:

1. Анализ архитектуры современных АСУО и определение путей совершенствования стендов их наземной отработки как управляющего комплекса имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов.

2. Разработка структурно-функциональной организации стендов наземной отработки АСУО, позволяющей производить оценку и локализацию динамических ошибок наведения в информационных каналах целеуказаний.

3. Синтез имитационной модели блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющей исследо-

вать идеализированные траектории наведения и их изменение под воздействием динамических ошибок от различных источников.

4. Разработка алгоритма и методики проверки канала информационного обмена целеуказаниями АСУО в динамическом режиме на основе разработанной модели и создание комплекса программ для реализации диагностирования АСУО для более точной локализации источников динамических ошибок системы с применением предложенного алгоритма и методики.

5. Апробация разработанного алгоритма и методики на базе одного из существующих стендов отработки автоматизированных систем управления оружием в ОКБ «Авиаавтоматика».

Научная новизна работы:

1. Разработана структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая проводить проверки системы в динамическом режиме и более точно определять источники динамических ошибок наведения в каналах целеуказания.

2. Синтезирована имитационная модель блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющая адекватно описать потоки команд целеуказания для различных типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, а также отработку полученных команд и обеспечивающая возможность исследования траекторий нацеливания под воздействием динамических ошибок от различных источников.

3. Разработаны научно обоснованные алгоритм и методика диагностирования АСУО, отличающиеся выделением элементарных траекторий наведения на цель (квадрат с диагоналями, эллипс, архимедова спираль) при декомпозиции реальных траекторий и позволяющие повысить точность диагностирования АСУО на 4% и выявить в 2,3 раза больше некондиционных блоков АСУО.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным и обоснованным применением положений и методов теории автоматического управления, математической статистики, методов стохастического моделирования, а также результатами имитационного моделирования с использованием зарегистрированных в установленном порядке программных средств, протоколами информационного взаимодействия АСП с бортовым радиоэлектронным оборудованием и натурными испытаниями на образце ГСН-63 ракеты Х-29Т с применением стенда отработки АСУО на базе ОКБ «Авиаавтоматика».

Практическая ценность результатов диссертации заключается в повышении эффективности наземной лабораторно-стендовой отработки за счёт сокращения времени и уменьшения средств, выделяемых на отработку АСУО, при одновременном повышении точности локализации источников динамических ошибок до уровня отдельных каналов и их параметров.

Реализация и внедрение. Результаты диссертационного исследования используются при разработке и производстве стендов отработки систем управления оружием в ОКБ «Авиаавтоматика».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались я получили положительную оценку на следующих конференциях и се-

минарах: на третьей научно-практической конференции «Проблемы развития унифицированных систем управления оружием» (г. Курск, 2002 г.), на международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (г. Москва, 2004 г.), на четвёртой научно-практической конференции «Перспективы развития систем управления оружием» (г, Курск, 2007 г.), на региональной научно-методической конференции «Современные проблемы высшего профессионального образования» (г. Курск, 2009 г.), на Международной научно-технической конференции «Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы» (г. Курск, 2009 г.), а также на научных семинарах ОКБ «Авиаавтоматика» и кафедры вычислительной техники КурскГТУ с 2000 по 2009 г.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая проводить проверки системы при работе с различными типами АСП и производить локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний с более высокой точностью (до уровня отдельных каналов и их параметров).

2. Имитационная модель основных блоков АСУО, принимающих участие в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющая адекватно представить потоки команд целеуказания для заданного множества типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, отработку полученных команд, и обеспечить возможность исследования траекторий наведения под воздействием динамических ошибок от различных источников.

3. Алгоритм диагностирования АСУО, позволяющий повысить степень локализации источников динамических ошибок путём проверки функционирования системы вблизи граничных значений углов наведения при нацеливании по элементарным траекториям, композиции которых составляют реальные траектории наведения (квадрат с диагоналями, эллипс, архимедова спираль).

4. Методика тестирования информационного канала целеуказаний АСУО в динамическом режиме, обеспечивающая возможность унифицированной проверки работоспособности системы с различными типами АСП и локализации источников динамических ошибок на стендах наземной отработки с использованием разработанного алгоритма.

5. Комплекс программ для реализации диагностирования АСУО на стендах наземной отработки и результаты апробации предложенного алгоритма и методики на базе стенда наземной отработки АСУО ЗОПИ (ЗОПК) в ОКБ «Авиаавтоматика»

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах, среди которых имеется 1 статья в научном издании, входящем в Перечень ВАК Минобрнауки РФ, и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем выполнено следующее: в [1,2, 4, 5] разработана структурная организация стендов наземной отработки АСУО; в

[3] предложена концепция отработки изделий АСУО на стендах в ОКБ «Авиаавтоматика»; в [6, 8] описаны особенности моделирования коммутационных блоков, используемых в составе АСУО; в [7] разработан ряд принципов диагностирования блоков АСУО.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, включающего 45 источников, и приложений. Работа содержит 160 страниц текста вместе с приложениями, 35 рисунков и 2 таблицы.

Области возможного использования. Результаты диссертационного исследования будут использованы в процессе производства стендов наземной отработки автоматизированных систем управления оружием пятого поколения в ОКБ «Авиаавтоматика» и ИМК26 «ГосНИИаС».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследования, представлены результаты, выносимые на защиту, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе определяются направления развития наземной лаборатор-но-стендовой базы отработки АСУО. Рассматривается концепция стендов отработки АСУО, проводится обзор архитектур стендов в контексте развития АСУО третьего, четвёртого поколений и перспективных систем, определяются требования к стенду для обеспечения отработки перспективных АСУО как управляющему комплексу, имитирующему бортовое радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Проводится анализ структурных схем существующих стендов отработки АСУО.

К числу типовых можно отнести системы управления АСУО 130 и 30ПИ, для отработки которых используются стенды СК 130 и У СП АСУО.

Характерной особенностью системы АСУО 130 является наличие в её составе оборудования для преобразования и передачи информации по каналам целеуказаний. Управление этим оборудованием производится «в обход» вычислительного ядра АСУО, которое обеспечивает решение задач системы только по энергетическому каналу управления АСП. Соответственно задачи, поставленные перед стендом в части отработки информационного канала, минимальны и сводятся к следующим. Для имитатора верхнего уровня (ВУ) это: поддержка протокола обмена информацией комплекса управления К 130 с АСУО 130 по ГОСТ 18977-79; модификация параметров команд управления и индикация сигналов при обмене информацией в соответствии с протоколом обмена К 130 с АСУО 130. Для имитатора информационного канала (ИК) это: поддержка протокола обмена АСП с АСУО 130 по аналоговым, дискретным и цифровым последовательным каналам; обеспечение ручного дискретного изменения параметров сигналов и индикации команд управления при обмене информацией в соответствии с протоколом обмена АСП с АСУО 130 по аналоговым, дискретным и последовательным каналам. Таким образом, проверка АСУО 130 на стенде проводится только в части обеспечения информационной совместимости в соответствии с протоколами

обмена и оценки точности (в процентах) преобразования цифровых параметров в аналоговые величины в соответствии с протоколом обмена комплекса управления К 130 с АСУО 130 по ГОСТ 18977-79.

Организация АСУО ЗОПИ подобна описанной, но имеет ряд особенностей. В ней управление оборудованием по каналу целеуказаний производится также через вычислительное ядро АСУО, которое обеспечивает решение задач системы по энергетическому каналу управления АСП и параллельно решает задачи обмена с комплексами по интерфейсу МКИО (мультиплексный канал информационного обмена по ГОСТ Р 52070-2003) с перекодировкой информации по целеуказаниям в интерфейс ДПК (двуполярный код) по ГОСТ 18977-79 и наоборот. В связи с этим время передачи информации возрастает и становится неопределённым, так как складывается из времени обмена по МКИО, переупаковки массивов в блоке центрального вычислительного модуля (БЦВМ) на фоне решения боевых задач АСУО, обмена с блоком распределения и преобразования информации (БРПИ) через интерфейс ДПК по ГОСТ 18977-79. Это, в свою очередь, обусловливает увеличение динамических ошибок в работе системы. Как показывает практика, основным источником таких ошибок в АСУО является БРПИ, осуществляющий перераспределение команд целеуказания и отработки, передачу информационных массивов, цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование и решающий ряд других задач.

Описанная ситуация характерна для всех систем, использующих интерфейс МКИО для обмена с системами верхнего уровня бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО), в том числе и перспективных АСУО, управляющих АСП с аналоговым и последовательным интерфейсом сопряжения по ГОСТ 18977-79. В связи с этим существенно возрастают требования к стендам в части отработки информационного канала, которые должны не только имитировать процесс функционирования системы с различными типами АСП, но и обеспечивать более точную локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний с учётом специфики АСП данного типа.

Второй раздел посвящен разработке структурно-функциональной организации аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющей имитировать процесс функционирования системы с различными типами АСП и производить локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний с учётом специфики АСП данного типа. В главе изложены принципы функционирования стендов, сформулированы ограничения на их подсистемы на основе разработанных в первой главе требований к стендам отработки перспективных АСУО.

Структурная организация стендов наземной отработки АСУО на примере стенда СК35 представлена на рис. 1. В структуру стенда СК35 входят следующие основные подсистемы: имитатор систем верхнего уровня, имитаторы АСП, рабочие места программистов (для программирования и отладки функционального ПО блоков АСУО в составе стенда РМП ИКАР-01.РМП БИ-35,РМП БРПИ-35), имитатор кабины, рабочее место ведущего инженера по АСУО.

Имитатор систем ВУ решает следующие задачи: 1) индикация наличия АСП, захвата цели головкой выбранного типа АСП, разрешения пуска (ПР) несо-

шедших АСП, очередности разгрузки точек подвески (ТП), выдаваемых на ТП пусковых команд, остатка боекомплекта встроенной пушечной установки, исправности ТП и блоков АСУО, режимов работы АСУО и положения органов управления; 2) формирование и выдача в АСУО информационных и энергетических массивов по каналам МКИО (основной и резервный каналы по ГОСТ Р 52070-2003) и формирование имитационных признаков АСП для учебно-тренировочных режимов; 3) мониторинг информационных и энергетических массивов, передаваемых АСУО в системы верхнего уровня по линии МКИО (основной и резервный каналы по ГОСТ Р 52070-2003); 4) динамическая индикация всего обмена в процессе отработки; 5) регистрация информации, передаваемой по линиям ДПК.

Рис. 1. Укрупнённая структурная схема стенда СК 35.

Перечень задач, реализуемых рабочим местом ведущего инженера, включает следующие: 1) регистрация изменений энергетических и информационных сигналов в интерфейсах МКИО, используемых в АСУО; 2) динамический просмотр содержимого каналов МКИО, в том числе с фильтрацией по параметрам, определяемым пользователем (адрес ОУ, номер слова и т.д.), с возможностью выделения отдельных параметров из слов массивов в соответствии с протоколами обмена; 3) просмотр истории изменения сигналов для интерфейса МКИО, в том числе построение циклограмм с возможностью загрузки, сохранения и печати;

4) динамическая индикация обмена с АСП в процессе отработки; 5) управление загрузкой АСП, режимами отработки АСУО, всеми параметрами имитаторов АСП; 6) сохранение результатов отработки с возможностью последующей загрузки и печати; 7) загрузка и конфигурирование имитационных моделей АСП; 8) имитация органов управления кабины и концевых выключателей.

Перечень задач, реализуемых имитатором АСП, охватывает следующие: 1) имитация АСП в соответствии с протоколами взаимодействия; 2) динамическая индикация всего обмена в процессе отработки; 3) индикация питающих напряжений, сигналов управления подготовкой к применению и пуском АСП по энергетическому каналу; 4) формирование сигналов от АСП к АСУО в соответствии с протоколом информационного взаимодействия; 5) задание различных режимов работы: штатный, несход, аварийный; 6) обеспечение независимости моделей АСП от аппаратных интерфейсов; 7) совмещение имитаторов АСП для ИК и ЭК в едином алгоритме функционирования; 8) поддержка различных режимов работы при имитации: несход, отказ головки самонаведения, отказ АСП; 9) контроль несанкционированной выдачи сигналов по энергетическому и информационному каналам; 10) контроль правильности отработки циклограммы для АСП (подготовка/пуск); 11) регистрация изменений энергетических сигналов АСП.

Имитатор кабины предназначен для размещения пультов АСУО и органов управления ЛА. Имитатор БИ-35 предназначен для реализации логики взаимодействия и временных интервалов в соответствии с протоколами информационного обмена с БРЭО и АСП по локальному каналу МКИО АСУО.

Подобная организация стендов наземной отработки благодаря наличию имитаторов БРПИ и АСП позволяет проводить проверки системы в динамическом режиме и определять источники динамических ошибок наведения в каналах целеуказания с точностью до канала и его параметров для более точной локализации источников динамических ошибок системы.

В третьем разделе предлагается новый подход к тестированию АСУО по информационным каналам на стендах, подобных СК 35, позволяющий повысить точность локализации источников динамических ошибок при работе системы с различными типами АСП за счёт декомпозиции реальных траекторий наведения на элементарные траектории трёх видов, осуществляется синтез имитационной модели основных блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам и оказывающих наибольшее влияние на величину динамических ошибок, разрабатывается алгоритм определения работоспособности АСУО, позволяющий проверять функционирование системы вблизи граничных значений углов наведения при наведении на цель по элементарным траекториям.

Общей задачей прицеливания для АСУО является передача целеуказаний на управляемые авиационные ракеты (УАР) класса «воздух-воздух», «воздух-поверхность», «воздух-корабль» и корректируемые авиабомбы. Рассмотрим математическую модель формирования траектории нацеливания АСП на примере управляемой авиационной ракеты класса «воздух-воздух» до момента отделения от носителя.

Известно, что движение летательного аппарата (ЛА) как твердого тела описывается уравнениями Эйлера в сочетании с уравнениями направляющих косинусов и уравнениями вращательного движения твердого тела в направляющих косинусах (Пуассона) в матричной форме:

со. -со * >

О

-со.

Би е,2 £>з

é = eQr; 8 = s21 е22 Е23 ; Q = -QT =

^32 е32 Езз.

О

-со.

со,,

О

(3-D

где ах,соу, со. - составляющие угловой скорости Л А; е - матрица направляющих косинусов.

Кинематическое уравнение вращательного движения (в углах Эйлера) имеет

вид

где

"в"

Y =

У.

o^siny + o^ cosy ах - íg0(со^, cosy - (Dz sin у) cos"16(ю cosy - coz sin у)

С/2 С/

(3.2)

SI I —I SI

= рУт<уУ(0)\ —^Т~1~°>л<»л +ТГрУ Ч М > . )>

у

SI2

1> 1,-1,

Ч

5/

= -1J—ü}xlú)yl +~pV2mXa,p,ó1,SmmM,a>li,a>,d,

К, = «zi^i - «,/,1 + - sin 5), v, i = ^Ki ~ + g(n>i - eos 5 eos y), = VyiKi ~ «xi^i + g("2i + cos^siny), /- длина ракеты,

S - площадь крыла ракеты;

Ix,Jy,I. - моменты инерции;

р - плотность воздуха согласно характеристикам стандартной

атмосферы; V— модуль скорости УАР;

<"=/0Ю, <" = /(М), = /(M); а>х1,соу1,(й.) ~ составляющие вектора угловой скорости в связанной СК; VA,V ул - скорости носителя в связанной системе координат (СК); a>fi ~ углы атаки и скольжения соответственно:

а = arctg| --у- |, Р = aresin

^инт

отклонение рулей по первому и второму каналу крена соответственно;

отклонение интерцепторов; эйлеровы углы (курс, тангаж, крен); перегрузки в связанной СК:

Р-Х Fy у

:-, — =-. л.,=

mg mg mg

F, _Z

mg

mg

Р - тяга двигателя;

Х- лобовое сопротивление,

2, У- боковая и продольная сила соответственно:

X = сх3д, У = , г = с.Бд:

сж=сх(а,Р,МАЛ„„ЛА)> су = су(а,МАЛ»т)>

Положение ЛА в земной СК определяется интегрированием выражения

К К,

= 4'

У*

(3.3)

при начальных условиях, соответствующих пуску УАР (здесь А" - матрица перехода из связанной СК в земную). Изменение матриц перехода, вызванное дово-ротом вращающейся СК на угол 5 в результате ее движения с угловой скоростью П (записанной в проекциях на её же оси), определяется на основе решения системы уравнений, обеспечивающих исключение особых точек при близких к 90° углах. На момент времени г имеется матрица перехода от связанной СК в земную ¿-(0. Связанная система вращается с угловой скоростью П0((). За время А1

происходит ее поворот на пространственный угол

ад=|о0(0|=.

Нормированная угловая скорость определяется выражением

ñ*_M) =

ад

ц

О)

со,

где

Матрица элементарного доворота определяется по формуле As = /eos5 + (1 - eosS)Ü"(í) • ñ"r(t) - Qn sin 5, I- единичная матрица;

- кососимметрическая матрица.

0 <0

вь = <о 0 -<о

.-<0 0x0 0

Для момента / + At матрица определяется на основе выражения А" (£ + Л/) = А"0(()■ As. Расчет углового положения объекта наведения осуществляется по известным выражениям i9 = arcsin(/2l), ц/ = -arctg(/31 //,,), у = -arctg(/u П12), где /.. - элементы матрицы перехода.

Начальные условия для расчета матрицы направляющих косинусов определяются положением носителя перед пуском и положением УАР на носителе:

где - матрица перехода в земную СК из связанной СК носителя; Л* - матрица перехода из связанной СК объекта (УАР) в связанную СК носителя; -

случайные величины с равномерным распределением (характеризуют положение объекта наведения на носителе перед пуском).

Значения перегрузок определяются в соответствии с принятым в УАР методом наведения: пы = k(t)afB, где сиг7В - угловая скорость линии визирования, k(t) - коэффициент, программно изменяемый в зависимости от условий пуска АУР, вида приборного обеспечения, полусферы атакуемой цели.

Положение цели (угловое рассогласование) в системе координат измерителя координат цели определяется путем решения системы уравнений

= АТ.

S'

г,-К

Z-Z.,

п

где йрч - дальность до цели; - матрица перехода из системы координат измерителя в земную.

Угловая скорость линии визирования в каналах управления с учетом инерционности тракта обработки информации:

а>,

лв

=ДО> «Г=/(£,)>

где п. - угловое ускорение перемещения цели в системе координат измерителя /-го канала управления; со- угловая скорость линии визирования.

Угловая скорость прецессии:

Ч = п? +1, ЯП(2 О + + п%\

< = п;!в + & 5Ш(2<) + к„(п% + п%1 где £ - случайная величина, равномерно распределенная на интервале [0,1]; пкх, п1у, и' - проекции перегрузки ракеты на оси координатора; кп - коэффициент влияния перегрузки; - шум гироскопов; Д - коэффициенты влияния перегрузки на угловое ускорение координатора.

Угловое положение координатора рассчитывается на основе функциональных зависимостей, описывающих процессы поворота системы координат на про-

странственный угол 8<р = ^),8сру,8<pzJ, где 8<ру = a^At,8<р. At - шаг интег-

рирования уравнений. Углы прокачки учитываются ограничениями

Для реализации имитационного моделирования работы АСУО при нацеливании на стендах отработки с учётом описанной выше модели движения JIA необходима декомпозиция траектории наведения при ряде ограничений. Уравнения (3.1), (3.2), (3.3) при [а1,<йу,(йг,пх,пу,пг~^ = const интегрируются в общем виде.

Постоянство компонент вектора угловой скорости для твердого тела в связной CK означает его вращение вокруг оси с низменным направлением в пространстве и

постоянной частотой |ю| = ^ja] + ш* + со* = const.

Совместив центр связной CK с центром масс JIA и рассматривая движение цели относительно J1A при его спиральном движении, получим следующие частные траектории спирального движения цели в плоскости прицеливания OYZ. При (0^ = const - правильный вираж в плоскости OYZ (цель описывает окружность или эллипс). При со^, = const - восходящая спираль, при со. = const - нисходящая спираль в плоскости OYZ (спираль Архимеда). При пх = const - петля Нестерова. При пу = const - движение по окружности, параллельной оси OZ. При п, = const -

движение по окружности по углом 45° к осям OZ, OY. Сочетание перечисленных элементарных траекторий позволяет описать движение цели при любом манёвре JIA. Объединяя некоторые из выделенных траекторий, получим следующие три базовые траектории: 1) квадрат с диагоналями; 2) эллипс; 3) спираль Архимеда. Таким образом, для исследования поведения АСУО при нацеливании и выявления источников динамических ошибок достаточно рассматривать процесс наведения по этим трём элементарным траекториям.

Наибольшие динамические ошибки в работу АСУО вносит БРПИ, осуществляющий передачу, распределение, цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование команд целеуказания и информационных массивов отработки. Для исследования работы этого блока была разработана его дискретно-стохастическая имитационная модель на расширенном языке Q-схем, позволяющая промоделировать работу АСУО на требуемых траекториях наведения как в идеализированном случае (идеальный БРПИ), так и со случайными ошибками в каналах целеуказания. Результаты моделирования используются в дальнейшем для определения методики тестирования АСУО на стенде наземной отработки.

Графическое представление модели БРПИ в среде имитационного моделирования Visual QChart Simulator дано на рис. 2. Тёмными линиями отображены информационные связи, а светлыми показаны управляющие воздействия. Цифрами обозначены основные элементы (группы элементов) модели. Назначение основных элементов модели описано в табл. 1.

Для проверки работоспособности АСУО при наведении по элементарным траекториям нацеливания разработан алгоритм диагностирования, описывающий все действия по передаче информационных массивов через БРПИ с использованием синтезированной имитационной модели. Алгоритм позволяет тестировать

работоспособность АСУО вблизи граничных значений углов наведения (где влияние динамических ошибок наиболее ощутимо и опасно).

7 ф

Рис. 2. Дискретно-стохастическая модель БРПИ

Таблица 1

Позиция на схеме Программный идентификатор Назначение элемента (группы элементов) модели

1 Генератор MsgGenerator Предназначен для моделирования потока команд целеуказания, поступающих для отработки АСУО

2 Канал MsgFillinDevice Служит для имитации пребывания поступившего слова команды в блоке кодирования ДПК

3 Контроллер Unpacker Реализует алгоритм кодирования приходящих команд

4 Канал MsgDecodeDevice Имитирует пребывание очередного слова команды целеуказания в блоке декодирования БРПИ до распределения на определенную точку подвески ДА

5 Контроллер Decoder Выполняет алгоритм декодирования команд ЦУ

6 Клапаны Gate01-16 и каналы Device01-16 Обеспечивают распределение слов по точкам подвески под управлением контроллера Decoder

7 Контроллер Logger Осуществляет выделение и передачу информации из команд целеуказания в модуль отработки

8 Канал RspDevice Имитирует пребывание слов команд целеуказания в модуле отработки

9 Контроллер Responder Предназначен для управления передачей слов команд целеуказания в модуль отработки

На рис. 3 изображена граф-схема одного из фрагментов разработанного алгоритма, описывающего цикл проверки работоспособности АСУО. В схеме приняты следующие кодированные обозначения единиц информационного массива: слово 115 содержит информацию о типе АСП, на которое будут переданы команды целеуказания, о номере точки подвески данного АСП, режиме работы системы (боевая работа или контроль); слова 103 и 104 включают управляющие коды, задающие скорости отклонения для наведения АСП в плоскости тангажа и курса. Наряду с указанными словами возможна передача иных слов в соответствии с конкретным типом АСП (например, во многих случаях передаётся слово 102, содержащее унитарное представление набора разовых команд, и слово 110, определяющее масштабные коэффициенты).

В четвертом разделе описана методика проверки канала информационного обмена целеуказаниями АСУО в динамическом режиме, обеспечивающая возможность унифицированной проверки работоспособности системы с различными типами АСП и определения источников динамических ошибок на стендах наземной отработки, представлена организация комплекса программ для реализации диагностирования АСУО с применением указанной методики, приведены результаты апробации разработанных алгоритма и методики на базе одного из существующих стендов отработки на образце ГСН-63 ракеты Х-29Т в ОКБ «Авиаавтоматика».

Ядро комплекса программ диагностирования АСУО является трехкомпо-нентной структурой, включающей имитаторы задатчика, модели БРПИ и отра-ботчика.

Имитатор задатчика обеспечивает генерацию и выдачу команд целеуказания на вход БРПИ. Каждая команда фактически представляет собой последовательность 32-разрядных слов (информационный массив). Формат команд определяется типом АСП. Первое слово команды - управляющее слово 115, содержащее коды типа АСП, номера ТП, а также признак режима работы.

Имитатор БРПИ служит для моделирования работы БРПИ в соответствии с имитационной моделью, представленной на рис. 2. На его вход поступают команды от задатчика, а результатом работы является преобразование команд и их распределение на соответствующие точки подвески (имитатор способен вносить случайные погрешности, что позволяет имитировать действие источников динамических ошибок).

Имитатор отработчика предназначен для моделирования отработки поступивших команд целеуказания. На его выход передаются команды отработки, включающие тангенсы или котангенсы углов нацеливания в плоскостях тангажа и курса. Темп выдачи команд отработки определяется величинами принятых от задатчика управляющих напряжений.

На рис. 4 представлены графики изменения управляющих напряжений (для двух информационных каналов) во времени, полученные с использованием разработанной модели и при проверке реальных блоков АСУО на стенде. Разница между моментами изменения управляющих напряжений показывает величину динамической ошибки. В данном случае наибольшая ошибка составляет 10 мс, что удовлетворяет требованиям ТЗ на блок РПИ.

^ НАЧАЛО^

Передать , информационное слово в БРПИ

выбор следующего слова

н*т

Рис. 3. Алгоритм цикла проверки АСУО

Напряжаниа, В

1

1

200 300 4 10

* нм

л т!г -й-

1

я- -в" =И

-»-Модель —А—Точка подвески 3 —Точка подвески 4

Рис. 4. Графики изменения управляющих напряжений во времени

В целом проведенные исследования показали, что предложенный подход позволяет повысить точность локализации источников динамических ошибок наведения по всем каналам. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение точности диагностирования АСУО. Так, в результате тестирования контрольной выборки АСУО (включающей системы, выпущенные в течение 2009 года) в соответствии с действующей методикой было выявлено 3% дефектных систем. Внедрение предложенного подхода позволило на той же выборке выявить 7% дефектных систем (в дополнительно выявленные 4% дефектных АСУО вошли системы с динамическими ошибками в блоках РПИ).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача разработки научных подходов, алгоритмов и методик диагностирования систем управления оружием летательных аппаратов на стендах наземной отработки с локализацией источников динамических ошибок системы по информационным каналам целеуказания.

В ходе её решения получены следующие основные результаты.

1. Сформулированы требования к стендам наземной отработки АСУО как управляющему комплексу имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов, позволяющие определить структурно-функциональную организацию их аппаратно-программных средств.

2. Разработана структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая имитировать работу системы с различными типами АСП и производить локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний при различных траекториях наведения.

3. Синтезирована дискретно-стохастическая имитационная модель блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам и вносящих наибольшие динамические ошибки, позволяющая адекватно описать потоки команд целеуказания для различных типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, а также отработку полученных команд.

4. Созданы алгоритм и методика диагностирования АСУО, позволяющие тестировать функционирование системы вблизи граничных значений углов наведения при наведении на цель по элементарным траекториям, входящим в реальные траектории нацеливания, и обеспечивающие повышение точности диагностирования систем на 4% и увеличение числа выявленных некондиционных блоков в 2.3 раза. Проведена апробация разработанных алгоритма и методики на базе стенда отработки АСУО ЗОПИ (ЗОПК) в ОКБ «Авиаавтоматика».

5. Разработан комплекс программ для реализации диагностирования АСУО на стендах наземной отработки с определением и визуализацией величин динамических ошибок системы по информационным каналам.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статья по Перечню ВАК

1. Векленко, Ю.А. Новые стенды для отработки авиационных систем управления / Ю.А. Векленко [и др.] // Датчики и системы. 2009. №7. С. 38-41.

Материалы конференций

2. Волобуев, В.И. Стенды комплексной отработки АСУО при динамическом моделировании потоков информации в процессе применения АСП / В.И. Волобуев, Ю.А. Векленко, И.С. Филатова // Проблемы развития унифицированных систем управления оружием: материалы 3 научно-практической конференции, Курск, 29-30 мая 2002 г. - М: Издательский дом «Авиамир-2000», 2002. -С.54-61.

3. Векленко, Ю.А. Имитатор АСП как универсальный инструмент поэтапной отработки АСУО в процессе подготовки и применения АСП / Ю.А. Векленко, C.B. Белозерская // Проблемы развития унифицированных систем управления оружием: материалы 3 научно-практической конференции, Курск, 29-30 мая 2002 г. - М: Издательский дом «Авиамир-2000», 2002. - С.69-75.

4. Шлыков, В.А. Концепция создания стендовой базы для моделирования среды объектов управления / В.А Шлыков, Ю.А. Векленко // Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий (Иннова-тика-2004): материалы международной конференции и Российской научной школы. - М: Радио и связь, 2004. 4.7. Т.2. - С.128-136.

5. Векленко, Ю.А. СК-35 - новое поколение стендов отработки АСУО / Ю.А. Векленко. A.C. Борейкин // Перспективы развития систем управления оружием: материалы 4-й научно-практической конференции, Курск, 19-20 сентября 2007 г. - М: Издательская группа «Бедретдинов и Ко», 2007. - С.51-55.

6. Зотов, И.В. Организация имитационного моделирования аппаратных средств при подготовке дипломных проектов по вычислительной технике / И.В. Зотов, В.В. Сусин, Ю.А. Векленко // Современные проблемы высшего профессионального образования: материалы региональной научно-методической конференции, Курск, 16-17 апреля 2009 г. - Курск: КурскГТУ, 2009. 4.1. - С. 30-32.

7. Борейкин, A.C. Разработка систем диагностирования РЭА в условиях мелкосерийного производства / A.C. Борейкин, Ю.А. Векленко, И.В. Зотов // Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы: сборник материалов Международной научно-технической конференции, Курск, 13-15 мая 2009 г. - Курск: КурскГТУ, 2009.4.1. - С. 150-154.

Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

8. Векленко, Ю.А. Программа имитационного моделирования матричных коммутаторов с отказоустойчивой маршрутизацией пакетов / Ю.А. Векленко [и др.] / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2009612576; заявл. 23.03.2009; per. 21.05.2009.

Подписано в печать г. Формат 60x84 1/16.

Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ_.

Курский государственный технический университет. Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

ВВЕДЕНИЕ.

1. КОНЦЕПЦИЯ СТЕНДОВ НАЗЕМНОЙ ОТРАБОТКИ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОРУЖИЕМ.

1.1. Организация стендово-имитационной среды АСУО и требования к ее подсистемам.

1.2. Развитие АСУО как объектов наземной отработки.

1.3. Концепция стендов наземной отработки АСУО

ОКБ «Авиаавтоматика».

1.4. Направления развития стендов наземной отработки

АСУО третьего, четвертого поколений и перспективных систем.

1.5. Типовые стенды наземной отработки АСУО, выпускаемые

ОКБ «Авиаавтоматика».

1.6. Выводы.

2. РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СТЕНДОВ ОТРАБОТКИ АСУО.

2.1. Определение требований и ограничений к аппаратно-программным средствам перспективных стендов комплексирования и отработки АСУО.

2.2. Задачи, решаемые подсистемами перспективных стендов комплексирования и отработки АСУО.

2.3. Определение требований к программному обеспечению для проведения проверок канала информационного обмена целеуказаниями в динамическом режиме.

2.4. Структурная организация перспективных стендов отработки АСУО.

2.5. Выводы.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ АСУО ПО ИНФОРМАЦИОННЫМ КАНАЛАМ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЛОКАЛИЗАЦИИ

ИСТОЧНИКОВ ДИНАМИЧЕСКИХ ОШИБОК.

3.1. Математические основы тестирования АСУО по информационным каналам с целью локализации источников динамических ошибок наведения.

3.2. Алгоритмы проверки АСУО по информационным каналам в динамическом режиме.

3.3. Модель блока распределения и преобразования информации (БРПИ) как системного объекта АСУО.

3.4. Выводы.

4. МЕТОДИКА И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПРОВЕРКИ КАНАЛА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА ЦЕЛЕУКАЗАНИЯМИ АСУО

В ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ.

4.1. Особенности программных средств имитационного моделирования канала информационного обмена АСУО.

4.2. Методика проверки канала информационного обмена с локализацией источников динамических ошибок.

4.3. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов.

4.4. Выводы.

Актуальность темы. Производство автоматизированных систем управления оружием (АСУО) современных летательных аппаратов предполагает последующую опытную эксплуатацию сразу с полезной нагрузкой (либо коммерческой, либо по Госзаказу). Это приводит к значительному сокращению этапа летно-конструкторских испытаний, что вступает в противоречие с требованиями к уровню надежности поставляемой на рынок техники. Таким образом, принципиальное значение имеет организация наземной отработки АСУО, которая рассматривается как комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению экспериментального определения показателей качества и надёжности разрабатываемых систем, соответствия их характеристик установленным требованиям.

Наземная отработка АСУО осуществляется на основе лабораторно-стендовой испытательной базы с применением научно-обоснованных методик испытания. Для организации эффективной лабораторно-стендовой отработки необходимо развитие в следующих направлениях: а) адресная разработка и модернизация стендовой базы; б) разработка и внедрение автоматизированных информационно-измерительных и управляющих систем технического диагностирования в реальном времени испытаний; в) создание единой информационной системы лабораторно-стендовой отработки, позволяющей объективно оценивать состояние отработки на требуемом интервале времени; г) разработка и внедрение расчетно-экспериментальных методов наведения на исследовательском и отработочном этапах испытаний; д) комплексирование стендовых изделий для организации комплексной отработки совокупности макросистем.

Современные стенды наземной отработки АСУО можно условно разделить на два вида. Стенды первого вида решают традиционную для всех поколений АСУО задачу моделирования инициализации, подготовки и безопасного применения всех типов авиационных средств поражения (АСП). Стенды второго вида дополнительно имитируют передачу и преобразование информации для прицеливания телевизионных, лазерных, инфракрасных и других типов головок самонаведения АСП, что свойственно последним, четвёртому и пятому, поколениям АСУО. Отработка АСУО на стендах первого вида проводится с использованием имитационных моделей АСП, управляющих комплексов и другого оборудования летательных аппаратов. При этом предусматривается регистрация результатов в виде циклограмм. Стенды второго вида предполагают отработку АСУО в соответствии с действующими методиками, включая проверку передачи информации по интерфейсам (каналам) целеуказаний (ЦУ).

Существующие стенды наземной отработки АСУО не обеспечивают достаточную точность локализации ошибок при диагностировании АСУО в части проверки информационных каналов целеуказаний. Отработка осуществляется только в статическом режиме при условии дискретизации аналоговых сигналов, что дополнительно снижает точность проверки функций по аналоговым интерфейсам управления. В результате возможен пропуск потенциальных источников ненадёжности в работе АСУО и, в частности, так называемых динамических ошибок наведения, определяемых пространственным рассогласованием между требуемой и реальной траекториями прицеливания и обусловленные инерционностью каналов преобразования и передачи информации АСУО. В боевой обстановке существенные динамические ошибки могут привести к потере цели, невыполнению полётного задания при работе по наземным целям и потере летательного аппарата или его экипажа при работе по воздушным целям. Для преодоления указанных недостатков в опытно-конструкторском бюро (ОКБ) «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор» выполняется проектирование и производство новых стендов наземной отработки, обеспечивающих более высокую точность локализации источников динамических ошибок при диагностировании работы АСУО по информационным каналам. Однако их построение требует разработки соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения.

Таким образом, актуальной научно-технической задачей является разработка научных основ, моделей, алгоритмов и методик диагностирования АСУО на стендах наземной отработки для более точной локализации источников динамических ошибок системы по информационным каналам целеуказания.

Объект исследования-, стенды наземной отработки АСУО как управляющий комплекс имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов.

Предмет исследования: процессы, методы и алгоритмы диагностирования АСУО по информационным каналам в динамических режимах тестирования на стендах наземной отработки.

Диссертационная работа выполнена в рамках научно-исследовательских опытно-конструкторских работ (НИОКР), проводимых по заказу Кизлярского электромеханического завода по дополнительному соглашению №2 от 29.09.08 к договору №1194 от 22.03.07 с ОКБ «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор», а также совместных НИР ГОУ ВПО КурскГТУ и ОКБ «Авиаавтоматика» Курского ОАО «Прибор» (договор №1274, тема №1.219.08П).

Цель диссертации: повышение точности локализации источников динамических ошибок наведения в автоматизированных системах управления оружием летательных аппаратов при их тестировании в процессе производства на стендах наземной отработки на основе разработки нового подхода к проведению диагностики каналов целеуказаний, алгоритма и методики тестирования системы по информационным каналам.

Задачи исследований:

1. Анализ архитектуры современных АСУО и определение путей совершенствования стендов их наземной отработки как управляющего комплекса имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов.

2. Разработка структурно-функциональной организации стендов наземной отработки АСУО, позволяющей производить оценку и локализацию динамических ошибок наведения в информационных каналах целеуказаний.

3. Синтез имитационной модели блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющей исследовать идеализированные траектории наведения и их изменение под воздействием динамических ошибок от различных источников.

4. Разработка алгоритма и методики проверки канала информационного обмена целеуказаниями АСУО в динамическом режиме на основе разработанной модели и создание комплекса программ для реализации диагностирования АСУО для более точной локализации источников динамических ошибок системы с применением предложенного алгоритма и методики.

5. Апробация разработанного алгоритма и методики на базе одного из существующих стендов отработки автоматизированных систем управления оружием в ОКБ «Авиаавтоматика».

Научная новизна работы:

1. Разработана структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая проводить проверки системы в динамическом режиме и более точно определять источники динамических ошибок наведения в каналах целеуказания.

2. Синтезирована имитационная модель блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющая адекватно описать потоки команд целеуказания для различных типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, а также отработку полученных команд и обеспечивающая возможность исследования траекторий нацеливания под воздействием динамических ошибок от различных источников.

3. Разработаны научно обоснованные алгоритм и методика диагностирования АСУО, отличающиеся выделением элементарных траекторий наведения на цель (квадрат с диагоналями, эллипс, архимедова спираль) при декомпозиции реальных траекторий и позволяющие повысить точность диагностирования АСУО на 4% и выявить в 2,3 раза больше некондиционных блоков АСУО.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным и обоснованным применением положений и методов теории автоматического управления, математической статистики, методов стохастического моделирования, а также результатами имитационного моделирования с использованием зарегистрированных в установленном порядке программных средств, протоколами информационного взаимодействия АСП с бортовым радиоэлектронным оборудованием и натурными испытаниями на образце головок с самонаведением (ГСН-63) ракеты Х-29Т с применением стенда отработки АСУО на базе ОКБ «Авиаавтоматика».

Практическая ценность результатов диссертации заключается в повышении эффективности наземной лабораторно-стендовой отработки за счёт сокращения времени и уменьшения средств, выделяемых на отработку АСУО, при одновременном повышении точности локализации источников динамических ошибок до уровня отдельных каналов и их параметров.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая проводить проверки системы при работе с различными типами АСП и производить локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний с более высокой точностью (до уровня отдельных каналов и их параметров).

2. Имитационная модель основных блоков АСУО, принимающих участие в обмене командами целеуказания по информационным каналам, позволяющая адекватно представить потоки команд целеуказания для заданного множества типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, отработку полученных команд, и обеспечить возможность исследования траекторий наведения под воздействием динамических ошибок от различных источников.

3. Алгоритм диагностирования АСУО, позволяющий повысить степень локализации источников динамических ошибок путём проверки функционирования системы вблизи граничных значений углов наведения при нацеливании по элементарным траекториям, композиции которых составляют реальные траектории наведения (квадрат с диагоналями, эллипс, архимедова спираль).

4. Методика тестирования информационного канала целеуказаний АСУО в динамическом режиме, обеспечивающая возможность унифицированной проверки работоспособности системы с различными типами АСП и локализации источников динамических ошибок на стендах наземной отработки с использованием разработанного алгоритма.

5. Комплекс программ для реализации диагностирования АСУО на стендах наземной отработки и результаты апробации предложенного алгоритма и методики на базе стенда наземной отработки АСУО ЗОПИ (ЗОПК) в ОКБ «Авиаавтоматика»

Практическое использование результатов работы.

Результаты диссертационного исследования будут использованы в процессе производства стендов наземной отработки автоматизированных систем управления оружием пятого поколения в ОКБ «Авиаавтоматика» и ИМК26 «ГосНИИаС».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих конференциях и семинарах: на третьей научно-практической конференции «Проблемы развития унифицированных систем управления оружием» (г. Курск, 2002 г.), на международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (г. Москва, 2004 г.), на четвёртой научно-практической конференции «Перспективы развития систем управления оружием» (г. Курск, 2007 г.), на региональной научно-методической конференции «Современные проблемы высшего профессионального образования» (г. Курск, 2009 г.), на Международной научно-технической конференции «Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы» (г. Курск, 2009 г.), а также на научных семинарах ОКБ «Авиаавтоматика» и кафедры вычислительной техники КурскГТУ с 2000 по 2009 г.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах, среди которых имеется 1 статья в научном издании, входящем в Перечень ВАК Минобрнауки РФ, и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем выполнено следующее: в [38, 39, 41, 42] разработана структурная организация стендов наземной отработки АСУО; в [40] предложена концепция отработки изделий АСУО на стендах в ОКБ «Авиаавтоматика»; в [43, 45] описаны особенности моделирования коммутационных блоков, используемых в составе АСУО; в [44] разработан ряд принципов диагностирования блоков АСУО.

4.4. Выводы

1. Предложенная методика тестирования информационного канала целеуказаний АСУО в динамическом режиме обеспечивает возможность унифицированной проверки работоспособности системы с различными типами АСП и локализации источников динамических ошибок на стендах наземной отработки с использованием разработанного алгоритма.

2. Для реализации предложенной методики тестирования и практической проверки разработанного подхода создан комплекс программ диагностирования АСУО на стендах наземной отработки, включающий программные средства имитационного моделирования информационного канала и пакет имитаторов различных подсистем, входящих в разработанную структуру стенда наземной отработки (имитаторы систем верхнего уровня, рабочего места ведущего инженера, АСП-ЭК циклограммы, БИ-35). Проведена апробация разработанных алгоритма и методики на базе стенда отработки АСУО 30ПИ (ЗОПК) в ОКБ «Авиаавтоматика».

3. В целом проведенные исследования показали, что предложенный подход позволяет повысить точность локализации источников динамических ошибок наведения по всем каналам. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение точности диагностирования АСУО. Так, в результате тестирования контрольной выборки АСУО (включающей системы, выпущенные в течение 2009 года) в соответствии с действующей методикой было выявлено 3% дефектных систем. Внедрение предложенного подхода в ОКБ «Авиаавтоматика» позволило на той же выборке выявить 7% дефектных систем (в дополнительно выявленные 4% дефектных АСУО вошли системы с динамическими ошибками в блоках РПИ, в частности, те, БРПИ которых давали задержку перепадов управляющих напряжений более 10,23 мс на некоторых траекториях наведения).

Заключение

В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача разработки научных подходов, алгоритмов и методик диагностирования систем управления оружием летательных аппаратов на стендах наземной отработки с локализацией источников динамических ошибок системы по информационным каналам целеуказания.

В ходе её решения получены следующие основные результаты.

1. Сформулированы требования к стендам наземной отработки АСУО как управляющему комплексу имитации бортового радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов, позволяющие определить структурно-функциональную организацию их аппаратно-программных средств.

2. Разработана структурно-функциональная организация аппаратно-программных средств стендов наземной отработки АСУО, позволяющая имитировать работу системы с различными типами АСП и производить локализацию источников динамических ошибок в каналах целеуказаний при различных траекториях наведения.

3. Синтезирована дискретно-стохастическая имитационная модель блоков АСУО, участвующих в обмене командами целеуказания по информационным каналам и вносящих наибольшие динамические ошибки, позволяющая адекватно описать потоки команд целеуказания для различных типов АСП, процессы коммутации, преобразования и распределения передаваемых команд, а также отработку полученных команд.

4. Созданы алгоритм и методика диагностирования АСУО, позволяющие тестировать функционирование системы вблизи граничных значений углов наведения при наведении на цель по элементарным траекториям, входящим в реальные траектории нацеливания, и обеспечивающие повышение точности диагностирования систем на 4% и увеличение числа выявленных некондиционных блоков в 2.3 раза. Проведена апробация разработайных алгоритма и методики на базе стенда отработки АСУО 30ПИ (30ПК) в ОКБ «Авиаавтоматика».

5. Разработан комплекс программ для реализации диагностирования АСУО на стендах наземной отработки с определением и визуализацией величин динамических ошибок системы по информационным каналам.

1. Бабиченко А.В. Концепция многоуровневой комплексной обработки информации перспективных комплексов бортового оборудования Текст. /I

2. А.В .Бабиченко, М.И.Орехов, А.ПРогалёв (ФНПЦ «РПКБ») // «Авиационные системы в XXI веке» материалы юбилейной научно-технической конференции, Москва,1 1-13 апреля 2006 г. М: НИЦ ГосНИИАС, 2006, Том 1. - С. 307-316.

3. Красовский А.А. Основы теории авиационных тренажеров. — М. Машиностроение, 1995, 304 с.

4. УДК 004.324 Mil-Std-1553. Использование информационной шины Mil-Std-1553 для повышения скорости передачи бортовых данных. Avionics Magazine, Nov. 2006, p. 40-43.

5. УДК 623.465.7.082.001.18. Направления развития ГСН, предназначенных для действия по воздушным целям. Референт В.И. Цыганов. Редактор А.Н. Давыдов.

6. УДК 004.4. Информационные шины с повышенным быстродействием. Avionics Magazine, Jan. 2000, p. 30-31, Avionics Magazine, Nov. 1999, p. 32-34 Референты М.Ю. Сошина, A.M. Березовский. Редактор A.M. Павлов.

7. УДК (623.624+623.593.532).004.17. Оценка эффективности буксируемой радиолокационной ложной цели. Референт Г.И. Околелов. Редактор В.Ф. Грибков.

8. УДК 355.42.001.57. Имитационное моделирование и создание моделей тактических ситуаций. Simulating and Modeling Battlefield Scenarios Aerospace America,Febr.2000, p. 15-17 Референт М.Ю. Сошина. Редактор В.В. Кропова.

9. Бахалов JI.E. Комплексная система управления вооружением и полётом как эффективное средство повышения возможностей истребителя //Мир авионики. 2001. №3.

10. Бахалов JI.E. Режимы и задачи управления истребителем при атаке целей в дальнем воздушном бою // Общероссийский научно-технический журнал «По-лёт».2002. №11.1.l

11. Боевая авиационная техника. Авиационное вооружение. Учеб. пособие для слушателей высших военных заведений / под ред. Д.И. Гладкова. М.: Воениз-дат,1987.

12. Васильев С.Н.,Жерлов А.К., Федосов Е.А., Федунов Б.Е. Интеллектуальное управление динамическими системами. М.: Физматлит, 2000.

13. Военная авиация. Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России. Т. 4 /под общей редакцией С.Б. Иванова. М.: Оружие и технологии, 2002.

14. Гордон Е. Российские экспериментальные истребители (МФИ, С-37). М.: Полигон, 2001.

15. Евдокимов Г.И., Леонов Ю.И. Радиолокационная система «Барс» для тактических истребителей //Радиотехника. 2005. № 2.

16. Канащенков А.И. Концепция совершенствования авионики и облик современных систем управления вооружением // Военный парад. 2004. Май-июнь.

17. Коконцев В.М., Широков JI.E. Исследование работы бортовых алгоритмов комплексного гипотезного сопровождения целей при постановке ими различного вида преднамеренных помех // Тр. ГосНИИАС. Вопросы авионики. 2005. Вып. 1(15).

18. Колпаков К.М., Горшков Ю.В., Алёшин Б.С. Основные концепции построения вычислительных систем летательных аппаратов нового поколения // Тр. ГосНИИАС . Вопросы авионики. 2000. №1.

19. Многофункциональный истребитель СУ-35 // Вестник авиации и космонавтики. 2002. № 1.

20. Панкратов О.Н. Модель применения ракет класса «воздух-воздух» //Изв. РАН. Теория и системы управления. 1995 № 4.

21. Панкратов О.Н. Математическая модель движения летательного аппарата с учётом формы и вращения Земли // Мехатроника, автоматизация, управление. 2003. № 11.

22. Поздняков П.В., Федунов Б.Е. Основы информационной интеграции бортовой аппаратуры. Учеб. пособие. М.: Изд-во МАИ, 1993.

23. Федосов Е.А. Настоящее и будущее российского авиастроения: взгляд из ГосНИИАС // Вестник авиации и космонавтики . 2000. № 1.

24. Федосов Е.А., Федосеев Е.П., Джанджгава Г.И., Бабаян Б.А. Бортовые вычислительные системы перспективных комплексов авионики // Восьмой международный симпозиум. Авиационные технологии XXI века: достижения и новые идеи. Жуковский: Изд. ЦАГИ, 2003.

25. Федосов Е.А., Федунов Б.Е. Информационный барьер в разработках авиационной техники и пути его преодоления // Общероссийский научно-технический журнал «Полёт». 2001. № 4.

26. Векленко, Ю.А. Новые стенды для отработки авиационных систем управления / Ю.А. Векленко и др. // Датчики и системы. 2009. №7. С. 38-41.

27. Векленко, Ю.А. Программа имитационного моделирования матричных коммутаторов с отказоустойчивой маршрутизацией пакетов / Ю.А. Векленко и др. / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2009612576; заявл. 23.03.2009; per. 21.05.2009.