автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Интеллектуализация автоматизированных комплексов радиотехнического контроля излучений радиоустройств, функционирующих в составе адаптивных систем передачи информации

На правах рукописи

НИКУЛИН ВАСИЛИЙ СЕМЁНОВИЧ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИЗЛУЧЕНИИ РАДИОУСТРОЙСТВ, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В СОСТАВЕ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

і и і»ійі

Серпухов- 2012

005011782

005011782

Работа выполнена в МОУ «Институт инженерной физики» (г. Серпухов)

Научный руководитель: доктор технических наук

Вальваков Александр Михайлович

Официальные оппоненты: Заслуженный машиностроитель РФ,

доктор технических наук, профессор Кухарсв Александр Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Шиманов Сергей Николаевич

Ведущая организация: ФГУП «Центральный научно-

исследовательский институт экономики, информатики и систем управления» (г. Москва)

Защита состоится « 2012 года в 14.00 на заседании

диссертационного совета Д 520.033.01 в Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» (МОУ «ИИФ») по адресу: 142210, г. Серпухов, Большой Ударный пер., д. 1а

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять г/0 адресу: 142210, Московская область, г. Серпухов, Большой Ударный пер., д. 1а, МОУ «Институт инженерной физики», учёному секретарю диссертационного совета Д 520.033.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Межрегионального общественного учреждения «Институт инженерной физики» по адресу: 142210, Московская область, г. Серпухов, Большой Ударный пер., д. 1а и на сайте Шр/Луулу.iifrf.ru.

у

Автореферат разослан 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, КоРовин

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. В настоящее время п условиях бурного развития новых информационных технологий возрастают скорость, плотность и объём информационных потоков, циркулирующих в территориально-распределённых автоматизированных системах управления (АСУ) производственными и транспортными организациями. Функцию средств телекоммуникации таких АСУ выполняют адаптивные системы передачи информации (АСГТИ), включающие в свой состав в качестве приёмо-передающих комплексов (ППК) радиоустройства (РУ) различного функционального назначения.

В свою очередь, к РУ, функционирующих в составе АСПИ, предъявляются жёсткие и, как правило, противоречивые требования по обеспечению таких показателей качества, как достоверность, помехоустойчивость, защищённость, скорость передачи сообщений, что объясняется, прежде всего, сложностью радиоэлектронной обстановки в районах размещения и функционирования РУ. Поддержание указанных показателей на заданном уровне является одной из важнейших задач, которая может быть решена на основе контроля и управления качеством функционирования радиоустройств.

Следует также учитывать, что РУ могут функционировать в условиях частичной или полной неопределённости, причём эта неопределённость имеет как внутренний, так и внешний характер. Внутренняя неопределённость, прежде всего, обусловлена изменением в процессе функционирования РУ параметров сигналов и режимов их работы. Внешняя неопределённость обусловлена постоянно меняющейся радиоэлектронной обстановкой в районе функционирования РУ. Путь преодоления этой априорной неопределённости может быть основан на оперативном текущем восполнении недостающей информации на основе контроля и оценки параметров сигналов, излучаемых РУ, и использованием результатов этого контроля для коррекции параметров сигналов РУ и режимов их работы.

Задача состоит в том, чтобы изменять характер функционирования АСПИ не только на основе количественных данных о РУ и среде их функционирования, но и с учётом качественных оценок, с помощью которых реализуется координация целей функционирования совокупности взаимодействующих в системе РУ. Для решения этой задачи могут быть использованы интеллектуальные автоматизированные комплексы радиотехнического контроля (АКРК) за функционированием РУ.

Информатизация, охватывающая основные сферы деятельности общества и государства, предусматривает массовое использование новых информационных технологий в деятельности человека, создание автоматизированных информационных систем и комплексов, эффективно поддерживающих функционирование любой технической, организационной и социальной структуры. Автоматизированные информационные комплексы (АИК) - это комплексы технических и программных средств, информационных массивов, предназначенных для сбора, хранения, поиска и выдачи информации потребителям по их запросам. В свою очередь, интеллектуальный комплекс (ИК) - это автоматизированный информационный комплекс, работа которого основана на использовании искусственного интеллекта, Основными компонентами ИК являются интеллектуальный интерфейс

(ИИ) и база знаний (БЗ). Основным средством формирования информационного ресурса интеллектуальных комплексов является экспертная система (ЭС).

Искусственный интеллект - это область информатики, связанная с разработкой концепции и инструментария для представления знаний в определённой предметной области и автоматизированного решения трудно формализуемых задач. Интеллектуальный интерфейс - это совокупность средств взаимодействия пользователя с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), включающая диалоговый процессор, планировщик, преобразователь описания задачи в программу её решения на основе информации, хранящейся в базе знаний. База знаний - одна из основных частей интеллектуальной системы, предназначенная для представления в ЭВМ в виде моделей и методов знаний, накопленных человеком в определённой предметной области. Развитию теории искусственного интеллекта посвящены труды Гренандера У., Ларьера X., Минского М., Осовского С., Дружинина Д.В., Журавлёва Ю.И., Попова Э.В., Попкова К.А. и других. Эти работы показали высокую эффективность функционирования интеллектуальных систем и комплексов. Однако многообразие моделей и методов интеллектуализации систем требует проведения исследований в конкретной предметной области применительно к АКРК.

Таким образом, актуальность темы диссертации и исследований в области АКРК состоит в том, что повышение качества информационного обмена в АСПИ может быть достигнуто лишь на пути интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля параметров сигналов РУ и режимов их работы. В настоящее время в области интеллектуальных АКРК удовлетворительных технических решений пока нет.

Целью исследования является повышение качества функционирования радиоустройств в условиях возрастания скорости, плотности и объёма информационных потоков, циркулирующих в адаптивных системах передачи информации.

Для достижения поставленной цели должна быть решена научная задача разработки научно-методического аппарата интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля на основе новых информационных технологий.

Объект исследований -- средства радиотехнического контроля излучений радиоустройств, входящих в состав адаптивных систем передачи информации.

Предметом исследований является область науки, занимающаяся разработкой теории автоматизированного контроля технологических процессов и адаптивного управления состоянием объектов контроля.

Поставленная цель диссертационной работы определяет задачи исследований:

• анализ состояния радиотехнического контроля (РТК) и обоснование необходимости и принципов интеллектуализации АКРК;

• разработка принципов коррекции параметров сигналов радиоустройств;

• математическое моделирование АСПИ и РУ как объекта радиотехнического контроля;

• разработка обобщённой структурной схемы и алгоритмов функционирования АКРК.

Методы исследований. Решение поставленной научной задачи основано на использовании теоретических методов исследований, отражающих научные положения теории контроля радиотехнических средств, теории искусственных нейронных сетей, теории нечётких множеств, теории адаптивного управления

Научные результаты, представляемые к защите:

1. Структурно-параметрическая модель АСПИ как объекта радиотехнического контроля.

2. Методика интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля.

3. Алгоритмы функционирования интеллектуальных АКРК.

Достоверность результатов, полученных в работе, обеспечивается тем,

что при математическом моделировании РУ и АСПИ использованы апробированные положения теории автоматизированного контроля, адаптивного управления, исследования операций, комбинаторной теории образов и других областей знаний. В методике интеллектуализации АКРК корректно отражены все основные процессы, лежащие в основе радиотехнического контроля. Анализ состояния и путей решения поставленной научной задачи проведён с учётом её актуальности и потребности для практики функционирования РУ в составе АСПИ. Представленные в работе математические модели отражают как результаты разработки математического базиса теории интеллектуализации процесса радиотехнического контроля, так и результаты экспериментальных исследований параметров сигналов РУ.

Научная новизна и теоретическая значимость заключается в следующем:

1. Структурно-параметрическая модель АСПИ как объекта радиотехнического контроля в отличие от известных математических моделей разработана на основе положений комбинаторной теории образов и в целом отражает предметную область проводимых в работе исследований. При этом под структурным описанием АСПИ понимается процесс представления в виде определенной топологической структуры множества РУ и связей между ними. Параметрическое описание представляет собой математическое описание параметров сигналов РУ.

2. Методика интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля за функционированием РУ в составе адаптивных систем передачи информации отличается от других методик радиотехнического контроля тем, что она разработана на основе теории искусственного интеллекта и новых информационных технологий с использованием положений теории динамических систем, теории технического контроля, системного анализа и целевого управления. Введён показатель качества функционирования РУ - управляемая вероятность параметрического соответствия РУ заданным требованиям.

3. Алгоритмы функционирования интеллектуальных АКРК разработаны с учётом структуры и состава этих комплексов и отражают основные этапы процесса радиотехнического контроля: контроль состояния РУ; идентификация РУ; коррекция параметров сигналов РУ.

Практическая значимость работы и представленных в ней результатов заключается прежде всего в том, что в диссертации представлена новая методика организации и проведения радиотехнического контроля с использованием перспективных интеллектуальных АКРК. Применение, интеллектуальных АКРК

позволит обеспечить вероятность параметрического соответствия контролируемых РУ до уровня 0,95. Разработанная методика может быть использована на стационарных и подвижных пунктах РТК, а также при обосновании технических требований к перспективным автоматизированным комплексам радиотехнического контроля.

Внедрение результатов исследований.

Результаты исследований реализованы в виде математических моделей и алгоритмических средств при разработке автоматизированных систем контроля и управления в «Калужском НИИ телемеханических устройств» (г. Калуга), в МОУ «Институт инженерной физики» (г. Серпухов), в учебном процессе кафедры автоматизированных систем управления Военной академии Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого, филиал (г. Серпухов Московской области), в ФГУП «Научно-исследовательский институт экономики, информатики и систем управления» (г. Москва).

Личное участие. Основные принципы построения интеллектуальных АКРК предложены автором. При личном участии автора проводились исследования по математическому моделированию процесса РТК. Ему же принадлежат выводы и рекомендации, сделанные в диссертационной работе.

Апробация результатов по теме диссертационной работы.

Основные результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях международного и Российского уровней (г. Москва, г. Калуга, г. Серпухов).

Публикации по теме работы.

По теме диссертации опубликовано 15 работ, из которых 8 научных статей опубликовано в журнале, входящем в перечень ВАК, 5 статьей в трудах научно-технических конференций, 2 патента на полезные модели.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, трёх разделов, заключения и списка литературы, включающего 145 источников. Работа изложена на 169 страницах и содержит 27 рисунков и 3 таблицы.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель, научная задача, объект и предмет диссертационных исследований, а также научные результаты, выносимые на защиту. Показана научная новизна, практическая значимость и достоверность научных исследований.

Первый раздел посвящен обоснованию необходимости и принципов интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля излучений радиоустройств. Представлены следующие результаты исследований:

• анализ состояния радиотехнического контроля за функционированием радиоустройств и направлений его развития;

• интеллектуализация АКРК как один из основных путей повышения качества функционирования радиоустройств в составе АСПИ;

• структура и принципы построения экспертных систем в составе интеллектуальных АКРК;

• прииципы адаптивной коррекции параметров сигналов радиоустройств в процессе их функционирования;

• структурно-параметрическая модель АСПИ как объекта радиотехнического контроля;

• математическая постановка задачи исследований.

Проведённый анализ принципов построения и функционирования современного многофункционального автоматизированного комплекса радиотехнического контроля ПРИЗ показал, что основные решаемые задачи комплекса заключаются: в приеме и математической обработке сигналов РУ; в отображении радиоэлектронной обстановки в реальном масштабе времени; в ведении электронной базы данных, в пеленгации РУ на местности. Основное назначение указанного комплекса - решение классической задачи пространственно-временной обработки сигналов радиоустройств и радиосистем. Такие комплексы не решают задачи повышения качества функционирования РУ в условиях возрастания скорости, плотности и объёма информационных потоков, циркулирующих в АСПИ. Решение все возрастающего объёма задач, которые должны решать средства РТК возможно лишь на пути интеллектуализации АКРК. Интеллектуальный АКРК - это совокупность средств технического и математического обеспечения, объединенная информационным процессом и работающая во взаимодействии с человеком-оператором.

В общем виде концептуальная модель (КМ) такого комплекса представляет собой совокупность основных понятий и правил комбинирования классов понятий, являющихся смысловой структурой предметной области. Она может быть представлена совокупностью основных систем 8, отражающих принципы построения предметной области процесса радиотехнического контроля:

КМ акрк = лепи акрк >3 ртк) > о)

где ^аспи - система, характеризующая некоторую структуру регулярной конфигурации АСПИ и совокупность РУ как функциональных элементов АСПИ;

$лкрк ' система, характеризующая принципы построения и функционирования АКРК;

¿■/чх ■ система, характеризующая процесс радиотехнического контроля за функционированием АСПИ;

Основным средством формирования информационного ресурса интеллектуального АКРК является динамическая экспертная система (ДЭС), входящая в состав АКРК. Существо методологических принципов построения ДЭС отражено совокупностью взаимосвязанных задач:

• обоснование структуры, частных и конечных целей предметной области ДЭС, стратегии их достижения, построение концептуальной модели АКРК;

• обоснование видов и объёма критичных факторов внешней среды, характеризующей радиоэлектронную обстанозку в районе функционирования АКРК;

• агрегирование свойств и информационных параметров РУ, их допустимых возможных состояний;

• синтез структуры моделей процессов радиотехнического контроля состояния АСПИ и коррекции информационных параметров РУ.

б

Для решения задачи коррекции параметров сигналов РУ в процессе их функционирования необходимо, чтобы совместно с РУ функционировал адаптивный корректор параметров (АКГ1), построенный по принципу адаптивной системы управления. Анализ показал, что с точки зрения решаемых АКП задач он должен быть построен на основе адаптивной системы автоматического управления с замкнутым контуром и эталонной моделью РУ. При этом необходимо учитывать, что появление любого отказа в АКП ведёт к срыву процесса коррекции параметров РУ. В связи с тем, что функционирование АКП находится в непосредственной зависимости от изменяющихся характеристик радиоэлектронной обстановки, при моделировании процесса адаптации в АКП необходимо учитывать: статистические свойства параметров и характеристик окружающей среды; способность к компенсации параметрических и структурных искажений; значения параметров и характеристик процесса адаптации.

При формировании проблемно-ориентированных знаний в интеллектуальных АКРК важной частью информационного процесса является структурно-параметрическое представление АСПИ.

При этом под структурным описанием АСПИ понимается процесс представления в виде определенной структуры множества радиоустройств (РУ) и связей между ними. Параметрическое описание представляет собой математическое описание парамегров и характеристик РУ.

При проведении исследований технологических процессов, к которым можно отнести и процесс функционирования АСПИ, свойства объектов отображаются с помощью топологических моделей. С использованием топологических моделей отображаются состав и взаимосвязи функциональных элементов в системах.

г А,

V \с"

Рисунок 1 - Фрагмент конфигурации сложной АСПИ

В системе отдельные РУ связаны между собой (рисунок 1). Соединив выходные (/) и входные (/) связи различных РУ в соответствии с определенными комбинаторными правилами, можно получить определенную конфигурацию к аспи системы

Клспи-Шь{1\с(!)1 (2)

где д(/) - индекс классов РУ, входящих в состав АСПИ; ¿(/) - структура связей между РУ в конфигурации; с(/) - способ соединения связей между РУ.

Состав АСПИ определяется множеством радиоустройств:

¿,у = {/„/2,...Л}- (3)

Каждое РУ представляется множеством информационных параметров

(4)

В качестве информационных параметров могут выбираться параметры сигналов РУ, режимы их работы, координаты РУ на местности. Информационные параметры определяют уровень параметрического соответствия РУ заданным требованиям. В качестве меры этого соответствия может быть выбрана вероятность параметрического соответствия Рпс.

Текущее значение вероятности параметрического соответствия Рпс (2ру >будет полностью определяться функцией расстояния

Рпс{2РУ'1)= р(еих)- (5)

С учетом изложенных принципов структурно-параметрическую модель (СПМ) системы в общем виде можно представить как

СПМ = {К лспи ,ЬРУ, ВрУ ,2ру, К лепи '^пс)' (Ф

где Каспи ' конфигурация АСПИ; ЬРУ - множество РУ в системе; Вру -множество связей между РУ в системе; Хру - множество информационных параметров РУ; ЯАспи ■ множество контролируемых характеристик АСПИ; Рпс -уровень параметрического соответствия АСПИ заданным требованиям.

Во втором разделе представлена методика интеллектуализации АКРК за функционированием РУ в составе адаптивных систем передачи информации. Общая структура методики отражает следующие этапы исследований:

• постановка задачи исследований;

• математическое моделирование радиоустройства как объекта контроля и коррекции параметров сигнала;

• радиотехнический контроль параметров сигналов радиоусгройств в условиях сложной радиоэлектронной обстановки;

• идентификация рддиоустройств в процессе радиотехнического контроля с использованием искусственных нейронных сетей Хэмминга;

• коррекция параметров сигналов радиоустройств в процессе радиотехнического контроля с использованием положений теории нечётких множеств.

На основе результатов математического моделирования РУ и экспериментальных данных о параметрах и характеристиках РУ показано, что для РУ с аналоговыми сигналами основными параметрами, определяющими уровень качества их функционирования, являются: динамический уровень напряженности электромагнитного поля; несущая частота излучений; параметры модуляции; спектральная плотность основного и побочного излучения. При этом уровень мощности излучений однотипных РУ может изменяться в пределах 2...3 дБ, уровень побочных излучений изменяется в пределах от - 100 дб до - 140 дБ при расстройке 10 МГц. Для РУ с дискретными сигналами с переменной частотно-временной структурой основными параметрами сигналов РУ являются изменение частоты от одной посылки к другой, количество и значение несущих частот

в адресном наборе сигналов, амплитуда и длительность частотных посылок, ширина частотного диапазона, занимаемого сигналом.

В процессе РТК параметров сигналов РУ в условиях сложной радиоэлектронной обстановки в районе функционирования АСПИ решается задача радионаблюдения за контролируемым процессом работы РУ на излучение и измерения значений параметров сигналов.

Используя метод комплексной огибающей, можно информационную часть zM (I) сигнала представить как результат паразитной амплитудной и фазовой модуляции полезного сигнала:

= Re{t/M (0 ехр[/(шс/ + ф„ )]}, (7)

где ÜM{t) = FUM(t)Ü{t) - комплексная огибающая искажённого сигнала; Рцм(0 - функция искажающей модуляции; Ü(t) - огибающая сигнала.

Таким образом, функция F^(i)= A{t)eN^ полностью характеризует флуктуации амплитуды и фазы колебаний под действием помеховой модуляции. Для определения структуры сигнала, искаженного модулирующей помехой, рассмотрим математическое ожидание сигнала, случайный характер которого обусловлен флуктуациями амплитуды и фазы колебаний

] КР(Лф)^<Р, (8)

—га -со

где р(Л, ф) - совместная плотность вероятности искажений амплитуды A(t) и фазы cp(t) в совпадающие моменты времени.

Представим выражение (8) с учетом введенных ранее соотношений для

zM{') и ÜM{l)

{00 CG

i/(Oexp[/(<V + <Po)]* I \Aexv(j'J?)p{A,v?)dAdq>

—00 —OD

(/) i/(Oexp(/cV + Фо)1>

ОС 00

где Fm(t)= j |P(A, ф) dA i/ф - математическое ожидание функции искажаю-

-оо -до

щей модуляции. Так как искажения носят стационарный характер, то математическое ожидание функции искажающей модуляции не зависит от времени.

Введем обозначения |fm(| = ам; arg FUM = ф„, представим выражение (9) в

виде

zjt) = ам ■ Re{ t/(/)exp[y(ay + Фо + Фл)]}= а„- z(t, ф„). (10) Коэффициент ам является относительным уровнем неискаженной части сигнала, (рм - сдвиг фазы за счет фазовых искажений. Эти постоянные не зависят от вида сигнала и определяются только функцией искажающей модуляции. Ансамбль реализаций сигнала, искаженного паразитной модуляцией, может быть представлен в виде суммы двух составляющих - квазидетерминированной ам ' Ф«) и случайной гДг)

**(') = *(»,Ф„)+*Д/). СО

Первая составляющая, как уже было показано, представляет собой математическое ожидание сигнала, характер которого обусловлен искажающей модуляцией, вторая составляющая носит чисто случайный характер и обусловлена случайными флуктуациями. Такой подход при описании сигналов, искаженных различными видами паразитной модуляции, позволяет представить их основные характеристики как в частотной, так и во временной областях. Он широко используется при построении современной аппаратуры контроля. Воздействие искажающей стационарной помехи в этом случае может быть учтено двумя аддитивными составляющими для всего ансамбля реализации сигнала, при этом коэффициент яи позволяет учесть изменение амплитуды сигнала, а коэффициент ф„ -изменение начальной фазы. Вторая составляющая из выражения (11) представляет собой некоторую эквивалентную аддитивную помеховую составляющую.

Требования к качеству информационного обмена в АСПИ приводит к задаче интеллектуализации АКРК и необходимости идентификации РУ в процессе оценки состояния системы.

Если оценки параметров РУ, и РУ3 представлены в цифровой форме в виде п - разрядного кода гь г2, ..., г„, то в процессе идентификации контролируемых РУ; необходимо производить сравнение кодовых последовательностей оценок информационных параметров контролируемого и эталонного РУ и на основе линейной решающей функции принимать решение о степени сходства указанных кодовых последовательностей. Решение принимается по величине отношения правдоподобия Я(г), которое для рассматриваемой задачи будет иметь вид

Щг) = р(г\у1)/р{г\ч2) (12)

где -Р(г|У]) - вероятность получения кодовой последовательности оценок информационных параметров контролируемого РУ-Р^г) - вероятность получения кодовой последовательности оценок информационных параметров эталонного РУЭ; г - вектор информационных параметров; у, и у2 - гипотезы о наличии контролируемых и эталонных параметров.

Для оценки вероятностей />(г[у|) и р(г\у2) необходимо определить вероятность Р0\ того, что в к-ом разряде кодовой последовательности состоящей из п разрядов, в заданный момент времени будет или 1, или О

= (13)

где Р| - вероятность появления 1 в ¿-ом разряде, т=1 или 0. Если вектор параметров 2\ ~ (гь г2, г„) контролируемого РУ, отличается от вектора параметров г, = (¿и, г2„ ..., гт) эталонного РУЭ в е„х позициях, то число е„г представляет собой расстояние Хэмминга между векторами г,- и Для всех п разрядов кода информационных параметров вероятность получения кодовой последовательности идентифицируемого PУi будет равна

«-Ж-яГ- (И)

Соответственно вероятность параметрического соответствия контролируемого РУ/ может быть определена на основе соотношения

Расчёты с использованием соотношения (15) показали, что при изменении значений расстояния Хэмминга с,„ в пределах от 6 до 3, соответственно для значений вероятности Р0\ 0,95 и 0,99, вероятность параметрического соответствия РУ изменяется в пределах от 0,6 до 0,95.

Таким образом, использование в качестве показателя идентифицируемости контролируемого РУ/ расстояния Хэмминга обуславливает возможность использования искусственной нейронной сети (ИНС) Хэмминга в качестве устройства идентификации. Структура сети будет определяться выбором количества слоев и нейронов в каждом слое, а также необходимых связей между слоями. При этом параметрами искусственного нейрона (ИН), определяющими его функционирование в сети, будут являться: вектор весовых коэффициентов IV = (и<ьи>2,...,»'„), пороговый уровень Я и вид функции активации Г2.

Количество ИН во входном и выходном слоях выбирается равным размерности соответственно ВХОДНОГО Х= (х^^.-.-Хц) И ВЫХОДНОГО У =(У1,У2)..-Л) вектора контролируемых информационных параметров РУ. Применительно к идентифицируемым РУ такими параметрами выбираются амплитудно-частотные параметры излучаемых сигналов, параметры, характеризующие режим работы РУ и его дислокацию на местности.

Число скрытых слоёв определяется сложностью зависимости, которую сеть должна аппроксимировать. Несколько скрытых слоев выбирается лишь при использовании нелинейных функций активации. Применительно к решаемой задаче в качестве функции активации выбирается линейная функция - пороговая функция. Соответственно это позволяет выбрать трехслойную ИНС с одним скрытым слоем. На рисунке 2 представлена структура трехслойной ИНС Хэмминга.

♦( 2 )—* л

Рисунок 2 - Обобщенная структурная схема искусственной нейронной сети

Хэмминга

Идея работы сети Хэмминга состоит в нахождении расстояния Хэмминга от контролируемого РУ до всех РУ в системе. Расстоянием Хэмминга называется число отличающихся битов в двух бинарных векторах х и у

= (16) где Г'\(х.у) - функция расстояния.

Практическая реализация ИНС Хэмминга возможна двумя основными способами: программным и аппаратным. При использовании ИНС Хэмминга в интеллектуальных адаптивных комплексах и системах данная сеть может быть реализована в виде нейроплаты интеллектуального процессора в составе динамической экспертной системы. В основу построения данной нейроплаты может быть положен трехслойный перцептрон. Обобщенная структурная схема пер-цептрона представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Обобщенная структурная схема перцептрона

В общем случае перцептрон представляет собой многоканальное устройство, в котором количество каналов определяется размерностью вектора контролируемых параметров РУ. Принцип построения входных элементов определяется видом идентифицируемого объекта контроля. Для радиоустройств и излучаемых ими радиосигналов это будет устройство выделения параметров сигнала (УВПС).

С УВПС информация о результатах анализа сигналов контролируемых РУ поступает на пороговые устройства перцептрона (ПУЬ ПУг,..., ПУП) и далее на логические элементы, которые представляют собой оперативные запоминающие

устройства ОЗУь ОЗУ2.....ОЗУ„ с самонастраивающимися в процессе обучения

весовыми коэффициентами и^, м>2,..., Оперативные запоминающие устройства запоминают после настройки значение информационных параметров. ПУ, стоящее на входе ОЗУ, осуществляет сравнение суммарного сигнала х' с постоянно установленным порогом Я. На выходе образуется сигналу,.

Решение задачи придания АСПИ требуемого уровня параметрического соответствия может быть получено на основе управляемого случайного процесса, представленного семейством управляемых условных вероятностей перехода РУ из одного состояния в другое. Для конечного множества состояний случайного процесса может быть представлен набор

{/г,/»НI/, о(в)} (17)

в котором Ри О^ - матрицы вероятностей переходов и матрицы условных распределений вероятностей, характеризующие время пребывания РУ в состоянии гг перед переходом в состояние ; Я и Ц - вектор состояния РУ и вектор корректирующего воздействия соответственно.

При выборе решения на проведение корректирующих воздействий на РУ пространство возможных состояний информационного параметра г, может быть представлено как:

Г, =[0Л,...,г,н,2ы$...2ш{Ттк - 1)]и[0,1,хт;0)...т1а(Ттк -1)]. (18) где г1н и 2Ю - соответственно допустимые нижнее и верхнее значения информационного параметра; Ттк - максимальная продолжительность цикла контроля и коррекции.

Пространство возможных состояний 2 = {г} радиоустройств для всего класса решений на изменение информационных параметров может быть представлено как

г = [о^~П]и[о^Т]иЫ. (19)

В связи с наличием внутренней и внешней неопределенности в процессе функционирования РУ при моделировании процесса коррекции параметров использованы положения теории нечетких множеств и лингвистических переменных. Центральное место при этом занимает формирование нечёткого правила вывода в виде нечёткой импликации

есл и 5 это А, то 2 это В, (20)

где 5 = ¡2, л,] - вектор входного сигнала, 1 - [ги г2,..., гт] - вектор выходного сигнала, А, В - нечёткие множества, характеризующиеся соответственно значениями функций принадлежности ЦлМ и \\niz). С учетом сформулированных условий разработана и представлена структурная схема нечеткой системы коррекции параметров сигналов РУ.

В третьем разделе представлены результаты разработки принципов построения и алгоритмов функционирования интеллектуальных АКРК. Соответственно приведены:

• структура и состав интеллектуальных АКРК;

• алгоритм контроля состояния радиоусгройств;

• алгоритм идентификации радиоустройств;

• алгоритм коррекции параметров сигналов радиоустройств;

В качестве иллюстрации одного из практических вариантов интеллектуального АКРК разработана и представлена структурная схема комплекса, включающая в свой состав модули: сопряжения с объектом контроля; измерения параметров сигналов РУ; управляющих воздействий на контролируемое РУ; обработки поступающей информации; регистрации и индикации результатов контроля. Центральным звеном в составе интеллектуальных АКРК является экспертная система, которая формирует информационный ресурс комплекса.

Алгоритм контроля состояния РУ, функционирующих в составе АСПИ, включает процедуры выделения информационных параметров сигналов РУ, оценку их статистических параметров, оценку вероятности обнаружения сигнала. Алгоритм идентификации РУ с использованием искусственной нейронной сети Хэмминга отражает процесс подготовки и функционирования перцептрона в составе ЭС. Алгоритм коррекции параметров сигналов РУ основан на положениях теории управляемых случайных процессов, в рамках которой объект управления может быть представлен как управляемый случайный процесс, за-

данный семейством условных распределений вероятностей перехода РУ из одного состояния в другое, и теории нечетких множеств и лингвистических переменных, позволяющей обеспечить выбор четкого значения корректирующего сигнала по максимальному значению функции принадлежности.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

1. Проведенный анализ состояния радиотехнического контроля зэ функционированием РУ показал, что основное назначение современных комплексов РТК заключается в контроле за работой РУ и определении параметров их излучений. Такие комплексы не решают задачи повышения качества функционирования РУ и обеспечении их электромагнитной совместимости в условиях возрастания скорости, плотности и объема информационных потоков, циркулирующих в АС-ПИ. Решение все возрастающего объема задач, которые должны решать средства РТК возможно лишь на пути интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля.

2. При решении задачи теоретического обоснования необходимости интеллектуализации процессов контроля и управления в АКРК представлены группы задач в классе динамических мультиагентных систем, основанных на знаниях, которые могут быть решены с использованием интеллектуальных АКРК. На этой основе проведено концептуальное моделирование как процесса представления совокупности основных понятий и правил комбинирования классов понятий, являющихся смысловой структурой предметной области исследуемого процесса РТК. В качестве средства формирования информационного ресурса АКРК в его состав включена экспертная система. Центральным блоком ЭС является база знаний, главное предназначение которой заключается в хранении долгосрочной информации о моделях функционирования РУ и АСПИ. База данных содержит информацию о решаемой в текущий момент задаче, а также массивы учетных, справочных и нормативных данных об объекте контроля

3. Для решения задачи коррекции параметров сигналов РУ необходимо, чтобы совместно с РУ функционировал адаптивный корректор параметров, построенный на основе адаптивной системы автоматического управления с замкнутым контуром и эталонной моделью РУ. Полученные в процессе исследований интегро-дифференциальные уравнения позволяют связать в единый комплекс такие характеристики АКП как скорость адаптации, суммарные интенсивности отказов в основном контуре управления и в контуре адаптации со свойствами окружающей среды н требованиями к качеству управления. Анализ полученных решений системы уравнений позволяет дать оценку как результатам адаптации в АКП, так и характеристикам процесса функционирования РУ. Наличие внешней и внутренней неопределенностей в процессе функционирования РУ позволяют использовать при моделировании процесса коррекции ам-плитудо-частотных параметров сигналов положений теории нечетких множеств.

4. При формировании проблемно-ориентированных знаний в интеллектуальных АКРК важной частью информационного процесса является структурно-параметрическое моделирование АСПИ как объекта радиотехнического контроля. При этом под структурным описанием понимается процесс представления в виде определенной структуры множества РУ и связей между ними. Параметрическое описание представляет собой математическое описание парамет-

ров и характеристик РУ. На основе результатов математического моделирования РУ и экспериментальных данных показано, что для РУ с аналоговыми сигналами основными параметрами, определяющими уровень качества их функционирования являются динамический уровень напряженности электромагнитного поля, несущая частота излучений, параметры модуляции, спектральная плотность основного и побочного излучений. Для РУ с дискретными сигналами с переменной частотно-временной структурой основными параметрами сигналов РУ являются изменение частоты от одной посылки к другой, количество и значение несущих частот в адресном наборе сигналов, амплитуда и длительность частотных посылок, ширина частотного диапазона, занимаемого сигналом РУ.

5. Методика интеллектуализации АКРК разработана с использованием положений теории динамических систем, теории технического контроля, системного анализа и целевого управления и впервые отражает с единых методических позиций процессы: радиотехнического контроля параметров сигналов РУ в условиях сложной помеховой обстановки; идентификации РУ в процессе радиотехнического контроля с использованием искусственных нейронных сетей Хэмминга и разработанного на их основе перцептрона; коррекции параметров сигналов РУ с использованием положений теории нечетких множеств.

6. Представленные материалы исследований по обоснованию структуры радиотехнического контроля с применением новых информационных технологий и принципов построения интеллектуальных АКРК имеют основополагающее значение при разработке нового класса проблемно-ориентированных комплексов радиотехнического контроля, в состав которых включена экспертная система, обеспечивающая высокое качество решений, повышение надежности, оперативности и эффективности действий оператора интеллектуальных адаптивных комплексов радиотехнического контроля.

7. На основе проведенных исследований по математическому моделированию процесса радиотехнического контроля за функционированием РУ разработаны алгоритмы функционирования интеллектуальных АКРК. В основу алгоритма контроля состояния РУ положены результаты исследований, с использованием метода комплексной огибающей, по математическому описанию изменения амплитудно-частотных параметров сигналов РУ. Алгоритм идентификации РУ разработан с использованием теоретических положений искусственной нейронной сети Хэмминга. Существо алгоритма идентификации составляет принцип вычисления приоритетов соответствия на основе аналогий. В качестве таких аналогий использована оценка сходства в виде функции расстояния Хэмминга. Расчеты показали, что при изменении значений расстояния Хэмминга в пределах от 6 до 3 вероятность параметрического соответствия РУ изменяется в пределах от 0,6 до 0,95. Математическую основу алгоритма коррекции параметров сигналов РУ составляют теория управляемых случайных процессов и теория нечетких множеств, позволяющая обеспечить выбор четкого значения корректирующего сигнала по максимальному значению функции принадлежности.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Никулин B.C. Метод математического моделирования процесса управления алгоритмами функционирования и структурой конфигурации интеллектуальной адаптивной системы передачи информации /В.С Никулин, В.И. Злобин, М.В. ИващенКо //Научн. техн. журнал «Известия Института инженерной физики». - 2010. - № 3(17). - С. 4 - 8 (соиск. - 30%).

2. Никулин B.C. Контроль ошибок в телекоммуникационных устройствах /В.С Никулин, A.A. Павлов // Научн. техн. журнал «Известия Института инженерной физики». - 2010. - № 3(17). - С. 37 - 39 (соиск. - 30%).

3. Никулин B.C. Системная классификация интеллектуальных адаптивных систем и комплексов /B.C. Никулин, И.В. Васильев // Научн. техн. журнал «Известия Института инженерной физики». - 2010! - № 4(18). - С. 49- 54 (соиск.-50%).

" 4. Никулин B.C. Пути повышения защищенности радиосистем от технических средств негласного съема информации /B.C. Никулин, Р.Л. Мусатов, В.И. Злобин //Научн. техн. журнал «Известия Института инженерной физики». - 2010. -№ 4(18). - С. 54 - 57 (соиск. - 30%).

5. Никулин B.C. Контролируемые и управляемые Параметры сигналов радиоустройств, функционирующих в составе Цифровых систем радиосвязи /B.C. Никулин, И.В. Васильев, А.П.Ващенко //Научн. техн. журнал «Известия Института инженерной физики». - 2011. - № 2(20). - С. 53 - 58 (соиск. - 50%).

6. Никулин B.C. Моделирование процесса коррекции параметров сигналов радиоустройств с использованием положений теории нечетких множеств /B.C. Никулин, В.И. Злобин //Научн. техн.' журнал «Известия Института инженерной физи- • ки». - 2011. - № 3(21). - С. 47-51 (соиск. - 50%).

7. Никулин B.C. Идентификация радиоустройств, функционирующих в составе интеллектуальных адаптивных систем передачи информации, с использованием искусственных нейронных сетей Хэмминга /B.C. Никулин //Научн. техн. журнал «Известия'Института инженерной физики». - 2011. - №4(22). -С. 42-47 (соиск. -100%).

8. Никулин B.C.' Алгоритмы функционирования интеллектуальных автоматизированных комплексов радиотехнического контроля /B.C. Никулин, И.В. Васильев //Научн. техн. журнал «Известия Института инженерной физики». - 2012. -№ 1(23). - С. 65-69 (соиск. - 50%).

Патенты на полезные модели

9. Пат. 1,06473 РФ. - Интеллектуальная многопараметрическая адаптивная система радиосвязи /Васильев И.В., Никулин B.C. - 2011105929; заявл. 18.02.11; опубл. 10.07.11. Бюл. № 19 (соиск. 50%).

Ю.Пат. 106817 РФ - Система для комплексной защиты информации, передаваемой по корреляционным каналам связи /Людоговский A.C., Никулин B.C. -2011108350; заявл. 04.03.11; опубл. 20.07.11. Бюл. Ks 20 (соиск. 50%).

Труды конференций

П.Никулин B.C. Методический подход к управлению защищённостью радиосистем /B.C. Никулин //Сбор.тр. № 4 XXVIII Межведомственной научн.

техн. конф. «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем». - Серпухов, 2009. -С.200-202 (соиск. 100%).

12. Никулин B.C. Математическая модель процесса управления режимами работы радиоустройств различных классов /B.C. Никулин //Сборлр. № 4 XXVIII Межведомственной научн. техн конф. «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем». - Серпухов, 2009. - С.203-206 (соиск. 100%).

1 З.Никулин B.C. Принципы построения базы знаний интеллектуальных систем связи и управления /B.C. Никулин //Сбордокл. IX Международной конференции «Авиация и космонавтика 2010». - Москва, 2010. - С. 277-278 (соиск. 100%).

14. Никулин B.C. Принципы математического моделирования процессов радиоконтроля и управления защищенностью радиосистем /B.C. Никулин -//Труды X Российской научн. техн. конф. «Новые информационные технолог ии в системах связи и управления». - Калуга, 2011. - С. 132- 134 (соиск. 100%).

15. Никулин B.C. Математическое моделирование процессов контроля и управления состоянием интеллектуальных адаптивных систем передачи информации //Сбор.тр. № 1 XXX Всерос. научн. техн. конф. «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложныхтехнических и информационных систем». - Серпухов, 2011. - С. 141 -146 (соиск. 100%).

Подписано в печать 27.02.2012 г. Формат бумаги 60x90/16. Печ. л. 1. Зак. 10. Тираж 100 Издательство Военной академии РВСН имени Петра Великого (филиал в г. Серпухове Московской области)

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКИ

ББК 32.811 61 12-5/2042 Экз. №

УДК 621.39 На правах рукописи

Никулин Василий Семёнович

Интеллектуализация автоматизированных комплексов радиотехнического контроля излучений радиоустройств, функционирующих в составе адаптивных систем передачи

информации

Специальность: 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Вальваков Александр Михайлович

Соискатель:

Серпухов,2012

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений................................................................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................. 6

1 ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ И ПРИНЦИПОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЙ РАДИОУСТРОЙСТВ...... 17

1.1 Анализ состояния радиотехнического контроля за функционированием радиоустройств и направлений его развития................................................... 17

1.2 Интеллектуализация автоматизированных комплексов радиотехнического контроля как один из основных путей повышения качества функционирования радиоустройств в составе адаптивных систем

передачи информации........................................................................................ 26

1.3 Структура и принципы построения экспертных систем в составе интеллектуальных автоматизированных комплексов радиотехнического контроля............................................................................................................... 42

1.4 Принципы адаптивной коррекции параметров сигналов радиоустройств в процессе их функционирования......................................................................... 57

1.5 Структурно-параметрическая модель адаптивной системы передачи

информации как объекта радиотехнического контроля ................................ 66

1.6. Математическая постановка задачи исследований......................................... 74

Выводы по первому разделу.................................................................................... 76

2 МЕТОДИКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ РАДИОУСТРОЙСТВ В СОСТАВЕ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ................................................................... 78

2.1 Постановка задачи.............................................................................................. 78

2.2 Математическое моделирование радиоустройства как объекта контроля и коррекции параметров сигналов........................................................................ 81

2.3 Радиотехнический контроль параметров сигналов радиоустройств в условиях сложной радиоэлектронной обстановки............................................ 93

2.4. Идентификация радиоустройств в процессе радиотехнического контроля

с использованием искусственных нейронных сетей Хэмминга....................... 104

2.5. Коррекция параметров сигналов радиоустройств в процессе радиотехнического контроля с использованием положений теории

нечётких множеств.............................................................................................. 113

Выводы по второму разделу..................................................................................... 126

3 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И АЛГОРИТМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ.................................................................. 128

3.1. Структура и состав интеллектуальных автоматизированных комплексов

радиотехнического контроля............................................................................ 128

3.2. Алгоритм контроля состояния радиоустройств................................................................................................142

3.3. Алгоритм идентификации радиоустройств..............................................................................................................147

3.4. Алгоритм коррекции параметров сигналов радиоустройств......................................................151

Выводы по третьему разделу......................................................................................................................................................................156

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................................................................................................................157

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................................................................................160

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКРК - автоматизированный комплекс радиотехнического контроля АКП - адаптивный корректор параметров АС - адаптивная система

АСПИ -адаптивная система передачи информации

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

АЦПУ - алфавитно-цифровое печатающее устройство

БАБД - блок адресации базы данных

БАБМ - блок адресации базы моделей

БАБМД - блок адресации базы методов

БВПИ - блок вычисления истинности предикатов

ВС - ведомственная система

БД -база данных

БЗ -база знаний

БМ -база моделей

БМД -база методов

БМУ -блок микропроцессорного устройства

БОПР -блок обработки правил

БПБД -блок памяти базы данных

БПБМ -блок памяти базы моделей

БПБМД -блок памяти базы методов

БССШ —блок сопряжения с системной шиной

ДЭС - динамическая экспертная система

ECK - единая система контроля

ИВУ - измерительно-вычислительное устройство

ИК- интеллектуальный комплекс

ИИ - интеллектуальный интерфейс

ИН - искусственный нейрон

ИНС - искусственная нейронная сеть

ИНТ - интегратор

КЦ - координационный центр

OK - объект контроля

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ППК- приемо-передающий комплекс

ПР - перемножитель

ПС - параметрическое соответствие

ПУ - пороговое устройство

РС - радиосистема

РУ - радиоустройство

РЧО - радиочастотный орган

РЧС - радиочастотный спектр

САУ - система автоматического управления

СФ - согласованный фильтр

УВПС - устройство выделения параметров сигнала

УПР - устройство принятия решения

УС - устройство синхронизации

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь

ЦУ- центр управления

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

ЭМ - эталонная модель

ЭМС - электромагнитная совместимость

ЭС - экспертная система

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в условиях бурного развития новых информационных технологий возрастают скорость, плотность и объём информационных потоков, циркулирующих в территориально-распределённых автоматизированных системах управления (АСУ) производственными и транспортными организациями [1,18,48,61]. Функцию средств телекоммуникации таких АСУ выполняют адаптивные системы передачи информации (АСПИ), включающие в свой состав в качестве приёмо-передающих комплексов (ППК) радиоустройства (РУ) различного функционального назначения [3,47,49,77,79,84].

В свою очередь, к РУ, функционирующих в составе АСПИ, предъявляются жёсткие и, как правило, противоречивые требования по обеспечению таких показателей качества, как достоверность, помехоустойчивость, защищённость, скорость передачи сообщений, что объясняется, прежде всего, сложностью радиоэлектронной обстановки в районах размещения и функционирования РУ. Поддержание указанных показателей на заданном уровне является одной из важнейших задач, которая может быть решена на основе контроля и управления качеством функционирования радиоустройств [11,32,43,54,85,86].

Следует также учитывать, что РУ могут функционировать в условиях частичной или полной неопределённости, причём эта неопределённость имеет как внутренний, так и внешний характер. Внутренняя неопределённость, прежде всего, обусловлена изменением в процессе функционирования РУ параметров сигналов и режимов их работы. Внешняя неопределённость обусловлена постоянно меняющейся радиоэлектронной обстановкой в районе функционирования РУ. Путь преодоления этой априорной неопределённости может быть основан на оперативном текущем восполнении недостающей информации на основе контроля и оценки параметров сигналов, излучаемых РУ, и использованием результатов этого контроля для коррекции параметров сигналов РУ и режимов их работы [45, 49,53,60,64,68,80,112,120].

Задача состоит в том, чтобы изменять характер функционирования АСПИ не только на основе количественных данных о РУ и среде их функционирования, но и с учётом качественных оценок, с помощью которых реализуется координация целей функционирования совокупности взаимодействующих в системе РУ. Для решения этой задачи могут быть использованы интеллектуальные автоматизированные комплексы радиотехнического контроля (АКРК) за функционированием РУ.

Информатизация, охватывающая основные сферы деятельности общества и государства, предусматривает массовое использование новых информационных технологий в деятельности человека, создание автоматизированных информационных систем и комплексов, эффективно поддерживающих функционирование любой технической, организационной и социальной структуры. Автоматизированные информационные комплексы (АИК) - это комплексы технических и программных средств, информационных массивов, предназначенных для сбора, хранения, поиска и выдачи информации потребителям по их запросам. В свою очередь, интеллектуальный комплекс (ИК) - это автоматизированный информационный комплекс, работа которого основана на использовании искусственного интеллекта. Основными компонентами ИК являются интеллектуальный интерфейс (ИИ) и база знаний (БЗ). Основным средством формирования информационного ресурса интеллектуальных комплексов является экспертная система (ЭС) [22, 27, 37, 63, 67, 90, 111].

Искусственный интеллект - это область информатики, связанная с разработкой концепции и инструментария для представления знаний в определённой предметной области и автоматизированного решения трудно формализуемых задач. Интеллектуальный интерфейс - это совокупность средств взаимодействия пользователя с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), включающая диалоговый процессор, планировщик, преобразователь описания задачи в программу её решения на основе информации, хранящейся в базе знаний. База знаний - одна из основных частей интеллектуальной системы, предназначенная для представления в ЭВМ в виде моделей и методов знаний, накопленных человеком в определённой предметной области. Развитию теории искусственного интеллекта посвящены труды Гренандера У., Ларьера X., Минского М., Осовского С., Дружинина Д.В., Журавлёва Ю.И., Попова Э.В., Попкова К.А. и других [29, 39, 62, 73, 91, 97, 111]. Эти работы показали высокую эффективность функционирования интеллектуальных систем и комплексов. Однако многообразие моделей и методов интеллектуализации систем требует проведения исследований в конкретной предметной области применительно кАКРК.

Таким образом, актуальность исследований в области АКРК состоит в том, что повышение качества информационного обмена в АСПИ может быть достигнуто лишь на пути интеллектуализации автоматизированных комплексов радиотехнического контроля параметров сигналов РУ и режимов их работы. В настоящее время в области интеллектуальных АКРК удовлетворительных технических решений пока нет.

Современные (РУ) внедряются в различные области радиотехники и находят широкое применение в системах связи, приборостроении, медицинской аппаратуре и т. п. Большое разнообразие РУ является основной причиной сравнительно высокой трудоемкости процессов проектирования и производства, обеспечивающих требуемый уровень качества таких изделий. В соответствии с терминологией, определяемой ГОСТ 15467-79, качество РУ — это совокупность свойств, обусловливающих пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с их назначением. Свойства отражают особенности РУ, проявляющиеся при их создании и эксплуатации. Основные свойства и состояния РУ характеризуются количественно параметрами или показателями качества. К последним относятся показатели назначения и надежности, экономические и эргономические показатели и ряд других [23, 54, 136].

Среди показателей качества можно выделить показатели назначения, характеризующие свойства РУ, определяющие основные функции, для выполнения которых эти РУ предназначены. Указанные показатели, называемые также эксплуатационными, закладываются при проектировании и производстве РУ, а объективно оцениваются при эксплуатации, когда появляется возможность испытать РУ в различных условиях. Следует заметить, что получаемая при этом информация не всегда является достаточной, так как в процессе эксплуатации определить все параметры, необходимые для оценки качества изделия, не представляется возможным. Более полная информация достигается, если эксплуатационные показатели предварительно оцениваются теоретически по математическим моделям на этапе проектирования. Однако при этом расчетные оценки показателей качества потребуется подтвердить экспериментально, так как математические модели являются приближенными из-за принятых допущений. Кроме того, с усложнением РУ построение адекватных математических моделей становится затруднительным. По этой причине для оценки эксплуатационных показателей необходимо решить задачу осуществления контроля для получения информации о значениях параметров, а затем повлиять на качество РУ с учетом результатов контроля.

В соответствии с ГОСТ 16504-81 под контролем понимается установление соответствия параметров РУ заданным техническим требованиям. Суть контроля сводится к выполнению следующих основных этапов:

• получение информации о фактическом состоянии РУ, признаках и показателях его свойств. Эту информацию можно назвать первичной [24];

• сопоставление первичной информации с заранее установленными требованиями, нормами, критериями, то есть выявление соответствия или несоответствия фактических данных требуемым (ожидаемым).

Информация о рассогласовании (расхождении) фактических и требуемых данных относится к вторичной. Вторичная информация используется для выработки соответствующих воздействий на изделия, подвергшиеся контролю. В этом смысле контроль является активным. Однако принятие решений на основе анализа вторичной информации и выработка соответствующих управляющих воздействий не является частью контроля. Это следующий этап управления, базирующийся на результатах контроля.

Контроль целесообразен на следующих основных этапах жизненного цикла РУ: при проектировании, разработке, изготовлении опытных образцов и макетов, серийном производстве, испытаниях и эксплуатации. Под испытаниями понимается экспериментальное определение количественных или качественных характеристик свойств РУ как результата воздействия на них при функционировании или моделировании. Характеристики могут оцениваться путем измерения, анализа, диагностики, а могут контролироваться, если задачей испытания является только установление соответствия характеристик РУ заданным требованиям [24].

При разработке технологии контроля необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

• качество изделий достигается не столько путем контроля, сколько качеством процессов исследований, разработок, конструирования, изготовления;

• показатели качества могут быть достигнуты и впоследствии точно воспроизведены только при условии надлежащего контроля;

• на выполнение контроля требуется соответствующее время и средства, поэтому контролировать надо в соответствии с принципом необходимости и достаточности;

• контроль должен проводиться на всех этапах жизненного цикла изделия и входить составной частью в общую технологию изготовления изделий;

• для успешной реализации контроля необходимо обеспечить эффективное проведение операций измерения и контроля, а также применение современных методов, средств и стратегии контроля [128].

Современные РУ по своим функциональным возможностям становятся все сложнее, а повышение их качества требует проведения значительного числа измерений с последующей обработкой их результатов и применением интеллекту-

альных средств измерений с большей точностью, высокой производительностью, улучшенной адаптивностью к условиям производства. Это все свидетельствует о необходимости автоматизировать основные виды измерений параметров РУ при реализации контроля, особенно в условиях серийного производства. Такая автоматизация возможна только на основе использования современной микроэлектроники и средств вычислительной техники и перехода к автоматизированным комплексам радиотехнического контроля. В соответствии с [24] АКРК - это комплекс, обеспечивающий проведение контроля с частичным непосредственным участием человека.

Переход к АКРК на базе ЭВМ позволяет повысить достоверность контроля, расширить номенклатуру контролируемых параметров (показателей качества), сократить время контроля. Основные задачи, решаемые за счет автоматизации контроля, состоят в реализации алгоритма и управлении процессом контроля, осуществлении сбора, хранения и обработки результатов измерений, документировании и отражении показателей качества.

Переход к АКРК, используемой для контроля эксплуатационных показателей РУ, требует рассмотрения всей совокупности видов контроля, позволяющих определять соответствие основных параметров РУ заданным техническим требова