автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Методология информационного проектирования систем авионики

На правах рукогос

ПАРАМОНОВ Павел Павлович

МЕТОДОЛОГИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВИОНИКИ

Специальность: 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в промышленности)

I

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула - 2003

Работа выполнена на Федеральном государственном унитарном предприятии «Опытное конструкторское бюро «Электроавтоматика»», г. Санкт-Петербург

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

РАСПОПОВ Владимир Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ЛЕБЕДЕВ Георгий Николаевич;

доктор технических наук, профессор ТОЛКАЛИН Лев Николаевич - член совета;

доктор технических наук, профессор КИСЕЛЕВ Владимир Дмитриевич.

Ведущее предприятие: Государственный научный центр Российской

Федерации - ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем»

Защита состоится 19 декабря 2003 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.07 при Тульском государственном университете (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92) в аудитории 9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92).

Автореферат разослан 6 декабря 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук Данилкин Ф.А.

Актуальность темы. Современный этап развития технических средств, используемых при управлении пилотируемыми летательными аппаратами, характеризуется, во-первых, существенным ростом объемов информации, получаемой от объекта и используемой для принятия решений, во-вторых, стремлением извлечь из полученной информации максимум возможного, а в третьих, стремлением переложить решение части задач по выработке управленческих решений на ЭВМ. Указанные обстоятельства привели к тому, что программно-технические комплексы, ниже называемые авионикой, осуществляющие сбор информации, ее предварительную обработку и предъявление результатов предобработки человеку-оператору, стали важнейшим звеном систем управления летательными аппаратами, а приоритеты использования подобных комплексов смещаются в сторону решения все более сложных информационных задач за все более короткое время. С другой стороны, развитие рыночных отношений предопределяет жесткую конкуренцию, как на рынке авиационной техники, так и на рынке вспомогательных средств, что в свою очередь, приводит к необходимости существенного сокращения сроков обновления технических средств и программного обеспечения. В настоящее время это возможно только с использованием таких методологий, которые бы обеспечивали сквозной процесс проектирования от общей конфигурации системы до конкретных конструкторских решений и программных продуктов.

Важным при функционировании систем исследуемого класса является информационный аспект, характеризующийся двумя факторами: информативностью сообщений (генерируемой датчиками, поступающей на вход бортовой ЭВМ для обработки, предъявляемой оператору для принятия решения, передаваемой по каналам связи и т.п.) и скоростью ее обработки и/или передачи. Информационный аспект процесса управления, в основном, определяет эффективность применения технических средств летательного аппарата в процессе выполнения полетов, а в ряде случаев, например в форсмажорных ситуациях, и/или на летательных аппаратах специального назначения, - работоспособность и даже жизнеспособность борта.

Общепринятым методом решения проблемы ускорения информационных процессов является применение более быстродействующей аппаратной составляющей. Однако, само по себе применение более совершенных технических средств, хотя и приводит к удорожанию аппаратуры, зачастую не дает желаемого результата без организационно-технических мероприятий по их использованию. Другим методом решения задачи является анализ информационных характеристик процессов и генерация на каждом этапе преобразования информации таких сообщений, которые бы способствовали ускорению процессов передачи и обработки при сохранении релевантной информативной составляющей сообщений, а также сокращение времени трафика по бортовым кабельным сетям. В силу сложности информационных процессов и широкой номенклатуры технических средств, решающих в авионике сходные задачи с различными ресурсными затратами, проектирование систем указанного класса с последующей постановкой экспериментов на реальном объекте - весьма длительный и дорогостоящий процесс. Поэтому ""тггящрпш* дчткт! г""пттт и освоения новых

1 РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I

библиотека 1 3

1 СПете^вту^Й I ! оэм^м«^

технических решений целесообразно проводить с предварительным моделированием и расчетом параметров систем, что в настоящее время затруднительно, вследствие отсутствия соответствующей методологии.

Все вышеперечисленное, а именно потребности в авионике и отсутствие общей теории анализа и расчета указанных систем, позволяющей осуществить оптимальное распределение информационных функций между компонентами в пространстве-времени в системах с заданной структурой, объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.

Объектом исследования диссертационной работы является авионика, состоящая из сенсорной подсистемы, ряда функциональных компонентов (узлов и блоков) по преобразованию информации, бортового вычислителя, средств передачи и отображения информации, взаимодействующие с человеком-оператором на борту летательного аппарата, и способствующие при указанном взаимодействии достижению цели, определенной полетным заданием. Следует подчеркнуть, что методология, разработанная в диссертации, может быть применена для разработки информационно-измерительных систем другого назначения, например, систем управления морскими или наземными транспортными средствами, следовательно, объект исследования может быть расширен до класса объектов. В известном смысле, к расширенному классу может быть отнесено подавляющее число подвижных электронно-механических технических систем, если рассматривать информационные аспекты их функционирования при управлении оператором и технические параметры узлов и блоков, зависящие от информационных свойств, например роботы, интеллектуальные средства поражения и т.п.

Предмет исследования диссертационной работы может быть определен как информационные, временные, точностные и массогабаритные характеристики компонентов объекта при их сочленении в единую систему и взаимодействии, в том числе и эргатическом, для достижения цели функционирования.

Необходимым при создании авионики является этап формирования и исследования таких моделей, которые адекватно отражали бы релевантные аспекты их функционирования. Релевантными в данном случае являются:

наличие некоторых состояний, в которые переходит объект в результате завершения выполнения предписанных действий из предыдущего состояния;

информационные аспекты процессов в компонентах объекта, в том числе вопросы информационной точности при алгоритмических преобразованиях; фактор времени.

Подходов к моделированию, в равной мере учитывающих все перечисленные аспекты, в настоящее время не существует, поэтому в диссертации разработан подход, который опирается на аналитические методы математического моделирования. Информационные аспекты функционирования объекта исследуются с применением такого фундаментального понятия информатики как энтропия, которая связывается с другими характеристиками, например, массо-габаритными характеристиками технических средств преобразования информации. Математическое моделирование смены состояний и фактора времени производится с применением понятия полумарковского процесса, что позволя-

- -.о.' , 4

ет получить широкий диапазон приближений моделей к реальным процессам, от строго детерминированных до стохастических.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методологии оптимального проектирования систем исследуемого класса, основанной на аналитическом описании информационных процессов.

Задачи исследований.

1. Исследование особенностей информационных процессов в авионике, которые оказывают влияние на их технические характеристики и подбор фундаментальных теорий, которые могли бы быть положены в основу метода их аналитического математического моделирования.

2. Разработка концепции математического моделирования информационных процессов в системах исследуемого класса

3. Разработка методологии оценки информативности различных типов сообщений и изменения информативности при различного рода преобразованиях сигналов в авионике.

4. Исследование общих закономерностей поведения алгоритмов обработки информации бортовыми ЭВМ и сведения задачи исследования алгоритмов к известным стохастико-временным моделям, в частности к полумарковскому процессу.

5. Создание метода исследования временных и стохастических алгоритмов по их полумарковским моделям, представленным в виде полумарковской матрицы.

6. Получение зависимостей для оценки информационной точности ввода сигналов, получаемых на выходах датчиков различных типов, в ЭВМ при различных способах формирования сигналов опроса.

7. Исследование информационных характеристик эргатической составляющей авионики, разработка требований к составу и содержанию сообщений, формируемых на экране средств отображения и несущих информацию о состоянии летательного аппарата.

8. Разработка методик моделирования с помощью полумарковских процессов типовых конфигураций технического и программного обеспечения.

9. Разработка метода оптимального структурно-параметрического синтеза авионики с использованием информационных моделей процессов в качестве системы ограничений.

10. Экспериментальная проверка разработанного метода информационного моделирования при создании и внедрении в авиации реальных программно-технических комплексов.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. Сформулирована концепция информационного моделирования авионики состоящей из множества взаимосвязанных функциональных компонентов, для каждого из которых характерным является наличие ряда состояний, переход из которых в сопряженные состояния связан с изменением информативности сообщений.

2. Создан обобщенный метод комплексного анализа авионики основанный на математическом (аналитическом) структурно-параметрическом модели-

ровании процессов в программных и аппаратных средствах, в том числе при взаимодействии их компонентов.

3. Оценена информационная точность процесса ввода данных с датчиков сенсорной системы в ЭВМ при различных способах опроса датчиков (поллинг, прерывания), исследовано влияние параметров ввода на ошибку, возникающую в процессе опроса датчиков.

4. На основании исследования информационных характеристик и вычислительной сложности различных способов формирования сообщений, предъявляемых оператору на экране средств отображения, разработаны требования к составу и содержанию сообщений, несущих информацию о состоянии летательного аппарата.

5. Разработаны методы решения ряда проектных задач, в частности распределения функций между узлами и блоками, информационно-временного согласования компонентов при из взаимодействии, распределения ресурсов при функционировании объекта, пространствнно-топологического размещения узлов и блоков на борту летательного аппарата.

6. Предложено при разработке авионики использовать модификацию метода оптимального целенаправленного синтеза, представляющую собой разновидность нисходящего структурно-параметрического проектирования использованием в качестве системы ограничений зависимости, связывающие информационные и технические характеристики систем.

Принципиальный вклад в развитие теории проектирования авионики состоит в следующем:

1. Произведено обоснование общих свойств, которыми должны обладать структурно-параметрические модели авионики, показано, что информационный аспект процессов в программно-технических средствах является важным фактором, который необходимо учитывать при моделировании систем данного класса.

2. Постановлена и решена задача разработки формализованного подхода к математическому (аналитическому) моделированию информационных процессов в компонентах системы на основе определения энтропии, как количественной меры информативности сообщений на входе и выходе, а также временных и вероятностных характеристик состояний компонентов, как следствия реализации в них некоторого алгоритма, с использованием достижений таких фундаментальных теорий, как теория полумарковских процессов, теория алгоритмов и теория информации.

3. Показано, что алгоритмы функционирования бортовых ЭВМ моделируются эргодическим полумарковским процессом, а наличие прерываний, поступающих в ЭВМ от компонентов авионики, увеличивает время выполнения операторов алгоритма, получены зависимости для оценки увеличения временных интервалов.

4. Разработан ряд методов и получены математические выражения для определения информационных и стохастико-временных параметров взаимодействия компонентов в системах исследуемого класса, а также согласования указанных характеристик при сопряжении соответствующих компонентов.

5. Исследован механизм возникновения ошибки при вводе цифровых сигналов в ЭВМ; оценена информационная точность процесса ввода данных с датчиков с цифровым выходом в ЭВМ при различных способах опроса датчиков (поллинг, прерывания), исследовано влияние параметров ввода на ошибку, возникающую в процессе опроса датчиков.

6. Определена информационная емкость сообщений, предъявляемых на экранах средств отображения, показано, что задача адаптации сообщений, поступающих из сенсорной подсистемы, к информационной пропускной способности зрительного канала восприятия оператора сводится к задачам классификации и посимвольного формирования образов, оценена вычислительная сложность формирования плоских и объемных символов.

7. Предложены модели для оценки информационных и конструктивных параметров различных технических решений (как аппаратных, так и программных) при проектировании авионики.

8. Разработан метод целенаправленного структурно-параметрического проектирования систем с использованием в качестве системы ограничений комплекс информационных и стохастико-временных моделей, разработанных в диссертации.

Практическая ценность работы заключается в том, что методология информационного проектирования ориентирована на создание практических рекомендаций, позволяющих повысить качество вновь разрабатываемых систем исследуемого класса при сокращении сроков их разработки.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробаций методологии при решении практических задач разработки ряда навигационно-пилотажных комплексов самолетов гражданской авиации.

Научные положения, выносимые на защипу.

1. Концепция информационного и стохастико-временного моделирования авионики, состоящих из ряда компонентов, взаимодействующих в процессе функционирования.

2. Формализованный подход к математическому (аналитическому) моделированию информационных процессов в компонентах системы на основе определения энтропии, как количественной меры информативности сообщений на входе и выходе, а также временных и вероятностных характеристик состояний компонентов, как следствия реализации в них некоторого алгоритма.

3. Метод определения временных интервалов, формируемых при функционировании бортовой ЭВМ, основанный на операциях с полумарковской матрицей, описывающей эргодический процесс в алгоритмах авионики.

4. Методы определения информационных и стохастико-временных параметров взаимодействия компонентов в системах исследуемого класса, а также согласования указанных характеристик при сопряжении соответствующих компонентов.

5. Модель механизма возникновения ошибки при вводе цифровых сигналов в ЭВМ; метод оценки информационной точности процесса ввода данных с

датчиков с цифровым выходом в ЭВМ при различных способах опроса датчиков (поллинг, прерывания).

6. Метод формирования сообщений на экране средств отображения с определением информационной емкости сообщений и адаптацией сообщений, поступающих из сенсорной подсистемы, к информационной пропускной способности зрительного канала восприятия оператора.

7. Метод целенаправленного проектирования авионики с использованием в качестве системы ограничений информационных и стохастико-временных моделей компонентов.

Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации концепция, методы и методики реализованы автором в процессе выполнения нижеследующих НИР ОКБ "Электроавтоматика": "Борт-80" (инв. № 8830, 1978), "Зрачок 2" (инв. № 7889, 1974), "Фиалка" (инв. № 9624, 1982), "Структура" (инв. № 7889, 1984).

Результаты, полученные в диссертации, внедрены в ОКБ "Электроавтоматика" в следующих разработанных средствах: комплексная система цветной индикации "Панорама"; навигационный комплекс ОЭНК, Система экранной индикации СЕИ-124, система отображения информации для вертолете МИ-24В, система отображения информации "Луч" для изделия "Вьюга", бортовой вычислительный комплекс БЦК-29, машина цифровая вычислительная ЦВМ80-406ХХ, многопрограммный пульт-вычислитель для реализации вычислительных систем самолетовождения, навигационный комплекс высотного самолета, комплекс пилотажно-навигационного оборудования самолета ИЛ-114, пульт-вычислитель для самолета ТУ-204.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на следующихкон-ференциях и семинарах.

1. ТП Международная научно-техническая конференция "Пилотируемые полеты в космос", РГНИИ ЦПК, Москва, 1997.

2. Международная научно-техническая конференция "Конверсия, приборостроение, рынок", Владимир-Суздаль, 1997.

3. Международный коллоквиум по точной механике, Будапешт, 1997.

4. Международная научно-техническая конференция "Метрология-97", Минск, 1997.

5. Гагаринские чтения, Москва, 1997.

6. П Международный симпозиум "История авиации и космонавтики", Москва, ИИЕТРАН, 1997.

7. 30 Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава ГИТМО (ТУ), Санкт-Петербург, 1999.

8. Международный симпозиум «Аэрокосмические приборные технологии, Санкт-Петербург, 2002.

9. Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы проектирования систем и комплексов», Тула, 2002.

По теме диссертации опубликовано 26 работ, включенных в список литературы, в том числе: 1 монография, 19 тезисов докладов на международных,

всесоюзных, республиканских и отраслевых конференциях, семинарах и симпозиумах, 5 статей, 2 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 270 страницах машинописного текста, и включающих 64 рисунков и 7 таблиц, приложений на 10 страницах и списка использованной литературы из 164 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении к диссертации показана актуальность темы, определены объект, предмет и методы исследования, дана общая характеристика работы, обозначены основные положения, выносимые на защиту и приведены краткие аннотации разделов диссертации.

В первом разделе диссертации дано определение авионики, как системы, осуществляющей сбор данных с датчиков о состоянии бортовых узлов и блоков, предварительную обработку поступающей информации бортовым вычислителем и выдача информации операторам для принятия решений по управлению летательным аппаратом. Показано, что исследуемая система выполняет широкий спектр функций от взаимодействия с наземным оборудованием при предполетной подготовке и получении полетного задания до управления навигацией и интерактивного обмена информацией с экипажем в процессе выполнения полетного задания. Высокие требования к скорости и точности переработки полетных данных, естественные ограничения на массогабаритные характеристики и энергопотребление делают задачу рационального выбора и использования аппаратных и программных средств авионики весьма актуальной.

В исследуемую информационно-измерительную систему (рис. 1) входит объект наблюдения (летательный аппарат), содержащий т аналоговых датчиков (ДА) и л цифровых датчиков (ДЦ). Цифровые датчики непосредственно, а аналоговые - через аналого-цифровые преобразователи, подключаются к бортовой ЭВМ. Часть датчиков имеют выход непосредственно на приборы и индикаторы, расположенные на приборной доске. На приборную доску также может выводиться информация с ЭВМ. Информация, обработанная ЭВМ, выводится на экран монитора. Все данные о состоянии летательного аппарата, как на приборной доске, так и на экране монитора, должны представляться в форме, удобной для восприятия человеком-оператором, который принимает решения по управлению летательным аппаратом и реализует указанные решения путем воздействия на органы управления.

Способ ввода данных в бортовой вычислитель оказывает существенное влияние на процессы сбора, обработки и накопления информации в системах рассматриваемого класса. Выделяются три основных способа, различающиеся быстродействием, стоимостью аппаратуры и особенностями, налагаемыми на сопутствующее программное обеспечение:

программно-управляемый обмен данными (поллинг), характеризующийся предельной простотой аппаратной реализации;

ввод-вывод с прямым доступом к памяти, обеспечивающий высокое быстродействие при сложной аппаратной реализации;

ввод-вывод через внешние прерывания, характеризующийся затягиванием выполнения основной (фоновой) программы и средними аппаратными затратами;

X

ш «

щ

ДА

дц

АЦП

2 03

п т

В

ё ш

ПРИБОРНАЯ ДОСКА

I

СИСТЕМА ОТОБРАЖЕНИЯ

I I

ОПЕРАТОР

Рис. 1. Структура информационно-измерительной системы

Показано, что независимо от способа ввода данных, для вычислительных процессов характерным и существенным является наличие ряда состояний (например, состояние выполнения бортовой ЭВМ отдельной подпрограммы) и переход из состояния в состояние. Вследствие того, что результаты измерений состояния летательного аппарата для внешнего наблюдателя представляют собой поток случайных данных, как время пребывания бортовой ЭВМ в состояниях, так и переход в сопряженные состояния также являются случайными.

С другой стороны, случайность обрабатываемых данных предполагает наличие меры для определения количества информации. Количественная оценка неопределенности, введенная Р. Хартли (Н(Х) = 1о%т, где т - количество состояний) не учитывает вероятностей различных исходов опытов. Количественная оценка неопределенности, введенная К. Шеноном

ш

{Н[Х) = -^1р1\о^р1, где р1 - вероятности появления соответствующих со-(=1

стояний) является более полным и позволяет рассчитать информационную емкость дискретных источников информации.

Отмечается, что наличие в контуре управления человека-оператора обуславливает необходимость учета его психофизиологических характеристик при проектировании авионики. В частности, следует учитывать такие факторы, как количество информации, которое должен обработать оператор;

значимость и ценность (объективной и субъективной) информации, воспринимаемой оператором;

способ кодирования информации;

алгоритма работы человека-оператора;

индивидуальные психофизиологические свойства оператора (сенсорных процессов, свойств памяти, мышления, способности к адаптации, утомляемости, эмоциональных характеристик и др.).

Это приводит к необходимости оценки информативности поступающих к оператору сообщений. Учет информативности позволяет связывать все основные параметры, характеризующие процессы управления с участием человека, с характеристиками объекта управления и оценить вероятность успешного действия операторов.

Анализ процессов, протекающих в авионике показывает, что модели для их количественного анализа должны бьпъ структурно-параметрическими. Из существующих видов структурно-параметрических моделей (графы с детерминированными значениями весов, и графы со случайными значениями весов) наиболее приемлемыми являются последние, так как позволяют получить широкий спектр результатов и приближений к реальным процессам от строго детерминированных до строго стохастических. Применение полумарковских процессов для анализа авионики вытекает из случайности времени выполнения задач как аппаратными, программными средствами комплекса, так и человеком-оператором. Кроме того, результат деятельности перечисленных субъектов, как правило, для внешнего наблюдателя непредсказуем, т.е. определим только с точностью до вероятностей, а, следовательно, с точностью до вероятностей определяются и дальнейшие действия.

Концептуально модель функционирования авионики может быть представлена в виде блуждания по состояниям полумарковского процесса, с пребыванием в состояниях в течение случайного времени, а задачи, решаемые в процессе анализа системы сводятся к определению плотностей распределения времени пребывания в состояниях и достижения состояний, а также определение вероятности достижения подмножества состояний W из состояний подмножества V в течение некоторого, наперед заданного интервала времени г.

Второй раздел диссертации посвящен математическому моделированию сенсорной подсистемы авионики. Информация о состоянии летательного аппарата формируется на выходах датчиков, различных по принципу действия, конструкции, типу формируемого сигнала. В общем случае датчики сенсорной системы, формируют и-мерный сигнал, описываемый вектором

s(f) = (s,(f),..., 5,(0,. .. sn(t)) = (sA(f) + sD(t)) где s,(f) - сигнал с i-го датчика; sA(t) - ограниченные по величине аналоговые величины, sD(t) - квантованные по уровню функции непрерывного аргумента.

Для ввода в ЭВМ составляющие sA(t) подвергаются дискретизации и квантованию по уровню. Указанные операции оказывают существенное влияние на объемы информации, поступающей в бортовой вычислитель.

В первом приближении дискретизация представляется зависимостью

= 5(0 =

t)±S{t-iTx)

sM(>)1Ls«-iTM)

f Ш

где 5(г) - вектор-столбец дискретизирующей функции; <5 (? - ;Тт) - 5-функция Дирака.

Для безошибочной дискретизации составляющие многомерного спектра 5д(й>) = (£1(0)),..., 5т(<»),..., 5д/(й))), аргументом которого является единая частота со, должны удовлетворять теореме Котельникова, а именно, при дискретизации вектора сигнала 5^(0, имеющего ширину области ненулевых значений спектра (ширину симметричного спектра), выражаемую вектором ЬА = фъ ..., Ьт, ..., Ьм), совокупностью идеальных дискретизаторов, измеряющих сигналы с периодами Т = (Ти ..., Тт,..., Тм), для каждого сигнала должно выполняться условие Найквиста, т.е. Ьт < 2я(7'т)'1.

Показано, что при мультипликативной дискретизации применение дискретизаторов с реальными характеристиками изменяет только значения параметров, которые имеют смысл вектора коэффициентов усиления для передачи среднего уровня дискретизированного сигнала и вектора коэффициентов усиления для передачи сигнала на частотах, кратных частотам дискретизации ¿Д,. Указанные параметры не зависят от частоты со и поэтому не влияют на форму спектра сигнала. При невыполнении условия ограничения спектров сигналов датчиков формируется ошибка дискретизации, определяемая как отношение энергии сигнала, содержащейся в перекрывающейся части спектра, к полной энергии сигнала; ошибка тем больше, чем выше граничная частота спектра сигнала и чем меньше частота дискретизации.

Квантование сигнала «¿(г) по уровню сводится к операции <1 = ¿[.?л(01> при которой производится измерение сигнала в точках дискретизации и выражения результатов измерения некоторым вектором (I = (¿/ь —, ¿т , ..., с1м) т-я компонента которого выражается в виде

d =

*тк(т)

при At(m)_, << Д„и), 2 < к(т) < К(т) -1;

¿W) npusm>b.Kimy,, где К(т) - число уровней квантования сигнала sm(t); <1цт) - код, присваиваемый значению сигнала в результате измерения; Aktm) - пороги квантования.

Величина шага квантования Лт для каждого сигнала зависит от целого ряда факторов, основным из которых является заданная максимальная погрешность измерения значения сигнала; величины, связанная с шагом квантования неравенством

Показано, что отношение сигнал-шум при квантовании пропорционально квадрату количества интервалов квантования. Достичь минимума мощности

шума квантования можно при равномерной характеристике квантования с помощью так называемого метода командирования, при котором неравномерное квантование сигнала эквивалентно равномерному квантованию сигнала, предварительно преобразованного соответствующим нелинейным способом. Оптимальный квантователь, минимизирующий шум квантования при неравномерном распределении вероятности значений сигнала, имеет пороги квантования в центре между соседними уровнями квантования.

Для датчиков с цифровым выходом сигнальные параметры квантованных величин принимают значения из определенного множества значений, но являются функцией непрерывного аргумента. Показано, что изменение указанных сигналов во времени может быть представлено в виде

=

где сг,(„) - пороги переключения сигналов, М+ 1 < п < /V; 1(г - т,(„)) - единичная функция Хевисайда; т,(П) - моменты изменений значений сигнала.

Отмечается, что ошибка ввода в ЭВМ цифровых сигналов формируется за счет наличия в системе двух независимых случайных процессов. Первый из них представляет собой переключения датчика, измеряющего некоторую физическую величину. При этом случайными являются как интервалы времени т,(„) между /"(л)-м и [¿(и) + 1]-м переключениями сигналов £/„ так и значения сигнала $„(/), которые выбираются из множества {л'1(п),..., ..., явд} в результате переключений. В результате второго случайного процесса формируются запросы в контроллер ввода данных в ЭВМ ис. Показано, что ошибка дискретизации возникает как следствие «соревнования» процесса дискретизации с процессом срабатывания датчика. Ошибки, возникающие вследствие задержки ввода изменившегося сигнала, свойственны датчикам именно с цифровым выходом, формирующим вектор сигналов В датчиках с аналоговым выходом, формирующих вектор Ха(0, дискретизация, квантование и ввод данных образуют единый цикл измерения вводимого сигнала и осуществляются во временном интервале, величиной которого можно в большинстве случаев пренебречь по сравнению с временными интервалами, например обработки сигнала программными средствами бортовой ЭВМ.

Доказано утверждение, что мощность сигнала ошибки, вызванной задержкой ввода данных в ЭВМ, еопределяется зависимостью

где р„ =(Рц„),-,рк(п),.~,Ркм) - вектор-строка вероятностей рт появления значений сигнала =(зц„),...,5к(п),...,зкм); 1 = (1,..., 1,... 1) - единичный вектор-строка; Т - операция транспонирования; е, - матрица мощностей сигнала ошибки, возникающей вследствие неверной интерпретации данных,

£п =

(51(л) _ SI(n)) — (л'](п) ~ Sk(n)) — (51(л) ~S/C(tl>) ^ iSk{n)~S 1(л)) — (St(n) — Sk(n)) — (sk(n) ~ SJC(n)) (SX(n) ~Sl(n)) — (SX(n) ~Sk(lt)) — (SK(n) ~SK(n))2

Pn - матрица вероятностей переключения выходных сигналов датчика,

О - - Рк(„)К\-РтУ

A(„)/(1-Aw) - 0 - РкМК1-Рц„)) РЦ„)Н\-РК(П)) - Рк(„)К\~РкМ) - О

Т-т + Zj^W

W(n) - количество переключений датчика между двумя вводами в ЭВМ.

Средняя мощность ошибки ввода квантованного сигнала определяется отношениями интервалов времени на котором указанная ошибка имеет

место, к общему периоду между двумя вводами данных в ЭВМ, на котором рассматривается процесс:

где Т_т,Тх{п) - математические ожидания плотностей распределения <рч(п) и

У ».(я) > соответственно, определяемых в результате анализа «соревнования».

Доказывается утверждение, что плотность распределения времени

от ввода данных в ЭВМ до и>(гс)-го переключения датчика определяются зависимостью

r»W \lJ— )Г(„) >

\Gw^(t)dF„{t)

П 0)

а плотность распределения времени, оставшегося до завершения про-

цесса w(w)-ro переключения, определяются зависимостью

vW)=

KOji К")

(19)f„{t + B)de

G(-)

\F„(t)dGvW{t)

О(О)

где в - параметр интегрирования; /„(/) - плотность распределения времени между двумя вводами информации в ЭВМ; (<) - плотность распределения времени между двумя переключениями и-го датчика; gn^„)(t) = [£п(0]*н<") - некратная свертка плотности g„(/)'> К (О и функции распределения для плотностей /„(О и gц^„)(t), соответственно.

Оценена информативность сигналов сенсорной подсистемы, вводимых в ЭВМ, общий объем информации, вводимой в ЭВМ в единицу времени с датчиков с аналоговыми выходами

где Тт - период дискретизации т-то датчика; М - количество датчиков.

Суммарный объем информации, поступающий на вход системы за время г, определяется как Н, - г Нл. В случае, если события появления отсчетов со всеми возможными значениями равновероятны, энтропия, определяющая информативность сообщения, достигает максимума

=1пАГ(»я),

поэтому для достижения максимума информативности при том же объеме вводимых данных необходимо осуществлять соответствующий принцип неравномерного квантования.

Для оценки потребных ресурсов при обработке поступающей с датчиков информации предложено воспользоваться верхней оценкой значения энтропии.

В третьем разделе диссертации разработана информационная модель бортового вычислительного комплекса, который производит программную обработку данных О, поступающих с сенсорной подсистемы, в результате которой формируется результат /?.

Программная обработка информации производится в соответствии с основным алгоритмом в и алгоритмом обработки прерываний Ош1. Математическим подобием основного алгоритма является упорядоченное множество б = [А, 2\, включающее непустое конечное множество операторов А - {а1(„),..., а,(а), —, яд«)} и непустое конечное множество переходов между операторами Т.— {[<*.(«)• ат],..., [аца), а/(„)]} .

Алгоритмы авионики, по сравнению с классическими алгоритмами, являются циклическими, т.е. после завершения выполнения операторов множества А происходит переход в один из начальных операторов. Цикличность алгоритмов интерпретируется следующим образом. При завершении обработки очередного массива данных, поступивших на вход бортовой ЭВМ, начинается обработка следующего массива. Общая структура алгоритмов систем авионики может быть представлена двусвязным графом, вид которого приведен на рис. 2.

Показано, что естественной моделью для описания временных характеристик процедуры обработки данных сенсорной системы бортовым вычислителем является полумарковский процесс, определенный парой

М= [С, нт

где С - граф, описывающий структуру процесса, совпадающую со структурой описываемого им алгоритма; Я(Г) - полумарковская матрица.

Полумарковская матрица //(г) определяет стохастические и временные параметры полумарковского процесса и представляет собой прямое произведение вложенной цепи Маркова Р с количеством элементов У(я) х У(а) на матрицу плотностей распределения Д/) времени пребывания в состояниях полумарковского процесса с количеством элементов /(а) х У(а):

но) = РЦ)®р=[И1МЛа)(1)].

Математическая модель системы прерываний также представляет собой полумарковский процесс

Мш - [Сш„ Ят,(г)],

где йщх - граф, описывающий структуру полумарковского процесса; Яш,(г) - полумарковская матрица

Нт1 (0 = КЛ') ® Рш =[А(»),Л«)] ® [/(»),;(»)(')] = ГЛ(„),(.)(')]•

Процесс решения задачи бортовой ЭВМ может быть представлен как блуждание по полумарковской цепи, при котором процесс пребывает в состоянии я1(о) в течение случайного времени, а затем с вероятностью р1(а) /(а) переключается в состояние а]{а), причем время, в течение которого процесс пребывает в состоянии а((о), определено с точностью до плотности распределения Состояния, в которые последовательно попадает процесс при блужданиях, названы траекторией решения. Отмечается, что для каждого конкретного набора обрабатываемых данных О = (¿1(1), ¿4(0. —. ¿¡¿О), получаемых на выходе сенсорной системы, траектория решения строго детерминирована. Для внешнего же, по отношению к вычислительному комплексу, наблюдателя каждый конкретный вектор обрабатываемых данных является случайным и поэтому траектория решения для него также является случайной.

Одним из способов оценки временных интервалов в полумарковском процессе является выделение траекторий с заранее заданными свойствами на графе состояний С = [А, г] (для алгоритма обработки прерываний - С;« = [I/, IV]) и определение плотности распределения времени перемещения по выделенным траекториям.

Если в полумарковском процессе М = [О, //(г)] выделить множество траекторий решения {С,,..., <?„,... с С таких, что

о„=[А„,г„]=

где я = 1,2,...,//, то взвешенная плотность распределения времени достижения подмножества состояний из подмножества состояний ..., а"(п),..., Дц^),} по одной из выделенных траекторий определяется в виде

л- (о=£ *„"„>,,<„> о*-* А,;)Л„ж (о*...* (о,

Л=1

где А"П)дл)+1 (0 элемент полумарковской матрицы Я(г);

плотность распределения времени достижения подмножества состояний {«}<■)' •■•»а"(л)'из подмножества состояний {¿»¿(1),..., <(„,,..., л^,,}

л АлЬ1

* /<(лу(л)+1 * -*/л«)-и(»)^ ПЛ(л)Дл)+1 л=! >(лИК»)

/"(0 = -

/(я)-0(л)

где /,"„)л„)+1(0 элемент матрицы плотностей распределения Д/); />,"„)1(„И1 элемент вложенной цепи Маркова.

вероятность достижения подмножества состояний {а^,),...,^"^,...,«^,}

из состояний подмножества ...,а"м,...,а^,} -

ДГ ДлИ

=Х Па'л

[Л(л)ЛЛ>+1 • л-1 |(л)=0(л)

Для полумарковского процесса Л/ш = [<7т„ Ят,(/)] также получены зависимости, аналогичные приведенным.

Полумарковский процесс М - [С, #(0] на основании анализа его особенностей классифицирован следующим образом:

процесс включает множество сообщающихся состояний; процесс является существенным; полумарковский процесс является возвратным; процесс является однородным;

полумарковский процесс, описывающий основной алгоритм, является эр-годическим.

На множестве состояний А полумарковского процесса М = [G, H{t)] может быть выделено подмножество состояний С = {c'i(r),..., с,(с),..., о(С)} С А. Если выделенные состояния с1(с) являются математическим подобием операторов

опроса сенсорной системы основным алгоритмом, то время перехода из одного выделенного состояния в другое представляет собой временную характеристику потока запросов со стороны ЭВМ на считывание показаний датчиков. Если выделенные состояния являются математическим подобием операторов вывода информации на экран дисплея, то время перехода представляет собой временную характеристику потока запросов на обновление информации на экране монитора, и наконец, если выделенное состояние с,(с) моделирует оператор ввода

данных, а состояние cJ{c) - оператор вывода, то время перехода моделирует

временной интервал, затрачиваемый ЭВМ на решение задачи генерации выходного сообщения на основании информации, получаемой с сенсорной подсистемы.

Показано, что если в полумарковском процессе выделить все траектории, ведущие из состояния с1(с), 1(с) < ¿(c) < J(c), в состояние с/(с), 1(с) < i(c) < J(c),

без захода в другие состояния множества С, и для каждого из множеств траекторий определить взвешенную плотность распределения JM (0, вложенную цепь Маркова ртЛс) и плотность распределения времени перехода /(с)Лс)(/)

(3.31), то эргодический полумарковский процесс М= [G, H{t) 1 преобразован в эргодический полумарковский процесс М1 = [G'r //'(г)], в котором

n'(t)=

"1М.1М

(О

'ww (О - VwwíO]

"(M.IM

(О

"'ШМ

(О

"(C)J(C)

(О

Получено выражение, позволяющее определить элементы полумарковской матрицы Я'(г) по элементам полумарковской матрицы //(/). Для этого каждое состояние {сце),..., сус), ..., сдС)} должно быть разделено следующим образом:

причем на графе состояний полустепень захода вершины с1(с) и степень исхода вершины сдолжны быть равными нулю. При указанном разделении полумарковский процесс перестает быть эргодическим, его состояния с11а)ь и с.

становятся, соответственно, начальным и конечным (поглощающим), а блуждания по полумарковскому процессу могут быть представлены как траектории, начинающиеся в с.(о)6, и заканчивающиеся в с1(а)е. Разделение состояний приводит к необходимости преобразования полумарковской матрицы Н(г) в матри-

цу Нс(1). Она должна быть преобразована таким образом, что строки матрицы с номерами {¡(а),...,Ла),...,к{а)}, соответствующие состояниям Ас = {а1(а„ ..., а]Ш), ..., аца)}, должны быть заменены нулевыми строками, а сами строки должны быть в том порядке, в котором они встречаются в полумарковской матрице //(/), перенесены в конец матрицы. Кроме того, в полумарковскую матрицу добавляются нулевые столбцы с номерами с J(a) +1 по (а) + ^с). Получившаяся в результате преобразования матрица имеет размерность У (а) + ./(с)]х[./(а) + У(с)] элементов

Матричная зависимость для определения Л1(с) у(с)(0 имеет вид

^!Ы,./(с)(') = IНе) ' (1)

м

гДе и 7'(с> - соответственно, вектор-

строка и вектор-столбец, состоящие из У(а) + J(c) элементов, которые равны ^ _ |0, если I Ф J(a) + ¡(с), ^ _ |0, если /' Ф у(с), [1 ,ecлuiФJ(a) + i(c); ' [ 1, если / Ф j(c). Для полумарковского процесса Н\() определена плотность распределения ФЛО времени между двумя последовательными переключениями из произвольного состояния с,(с) в произвольное состояние с (е), для чего использовано известное утверждение, что если полумарковский процесс М1 - [С1, Я'(<)] является эргодическим, состояние с,м не является периодическим и вероятность

выхода из него за конечное время равна единице, то для внешнего по отношению к процессу наблюдателю вероятность пребывания в состоянии с,(с) при / —»

°° определяется в виде

п = Рт т •

где т((с) - среднее время пребывания процесса в состоянии с1(с),

т*о = ОЛ;

ЛФ 1(г) О

Т,{с) - среднее время между двумя последовательными попаданиями процесса в

Для определения Т1(с) предложено использовать матричную операцию (1), которую нужно проводить для всех состояний множества {с1(с))..., с,(с),..., с/(Г)}.

Среднее время Т1(с) возврата в состояние с1(о)1, определяются в соответствии с выражением

о ¿-1

где =('!;,..••,£/(„),,) и - соответственно, вектор-

строка и вектор-столбец, состоящие из J(a) +1 элементов, которые равны

^ |0, если / * У(д) +1, ^ ГО, если I * ](с),

' [ I, если / Ф У(а) + 1; 1 [ 1, если 1 Ф у'(с);

Н'ДО - матрица, включающая [У(с) + 1]х[7(с) +1] элементов и имеющая вид

\

Л.(С),К,)(0 - Кол^) 0

О

(О (О

0 0 о о

">(фи(е)

(О О

••• О

ж Н„,)Мс>(1) ... Ь,ММс){1)

Для внешнего, по отношению к полумарковскому процессу Л/ = [С', Н'С/)], наблюдателя каждое переключение процесса участвует в формировании плотности распределения <рс((). С учетом этого,

ФД0= X А(С,

«<■>=1(0 ДсИМ

где />,(с)- вероятность пребывания процесса в состоянии с1(с) для внешнего наблюдателя.

Показано, что увеличение времени при выполнении одного оператора основного алгоритма при наличии прерываний составляет

ДД/) = ¿(1-я, )/>)(>,, 1=0 1

где (0 - 1-кратная свертка плотности распределения времени обработки прерывания; п1 вероятности того, что на время выполнения оператора основного

алгоритма придется у прерываний; - плотность распределения времени между двумя прерываниями;

_ !(')}/„»£(<+тут _ , тс} = //•(/«); = -;Г(0 = |/(т)^т;

/о(')=/(0; /(')=-

\i\MdGit)

О(О)

у,

С(о)

; т=

На основании анализа процесса программной обработки данных показано, что общий объем информации, содержащейся во введенном массиве, не превышает значения

где Дп) - количество состояний и-го символа; рЛп) - вероятность появления ¡'(л)-го состояния в и-м символе; - энтропия вводимого в ЭВМ сообщения, включающего множество статистически независимых символов.

Для данных, получаемых в результате обработки программными средствами ЭВМ, оценена верхняя граница значения энтропии:

где J(m) - количество значений т-го выводимого символа; />,<„) - вероятность появления i(m)-го значения в т-м выводимом символе; gv - энтропия выводимого из ЭВМ сообщения, включающего множество статистически независимых символов.

Доказано, что энтропия массива результата g не превышает энтропии массива исходных данных h, т.е. g^h. Физический смысл доказанного утверждения очевиден. Бортовая ЭВМ авионики не порождает новой информации, а только преобразует информацию, поступающую от датчиков, возможно, с потерей информативности сообщения. Если известна программа преобразования информации и статистика сигналов сенсорной системы, то уменьшение информативности может быть оценено. В любом случае, может быть подобран такой алгоритм обработки, чтобы информативность сообщения не превышала возможности восприятия информации человеком-оператором.

Если известна пропускная информационная способность канала восприятия оператора к и средний объем поступающей информации для последующего отображения на экране монитора

Т т - т

л out оиг л out

т, р т * m т*

где Тш - среднее время между двумя обновлениями содержимого экрана монитора; Тр - среднее время между двумя программными опросами датчиков; Тт -интервал времени между срабатываниями таймера; - среднее время меэвду прерываниями; Нр, Нт и Я^- объемы информации, вводимой, соответственно при программном опросе, прерыванию по таймеру и внешнем прерывании; ] [ -знак округления в большую сторону до целого, то может быть сформировано общее требование к системе авионики:

>(«)-!(»)

В четвертом разделе описан подход к моделированию средств предъявления информации человеку-оператору.

Показано, что задача определения значений информативных признаков сообщения на основании анализа исходной информации может рассматриваться как классическая задача распознавания образов, в которой вектор состояния контролируемого объекта относят к одному из множества заранее определенных классов. Для предъявления сообщения оператору, пространство ¿/,((т) алгоритмом АНа) отображается в дискретное пространство 7Г,(С1) информативных признаков сообщения ст,((Т):

^((^Лм (^/(соизмерениями пространства л]{а) является множество признаков, закладываемых в информативные характеристики {пх[пАа)], ■■■,пЛпАа}],...,пАпЛ<,)]}, а дискретными координатами - значения физических параметров информативных признаков. Условием для отнесения набора данных к некоторому набору информативных параметров является попадание вектора в область Ь1[ЬДг1)], ограниченную неравенством

Auw.ii <0-

где Р1Ша)](<*т<г)],...,</,[1(<г)],...,^[|(<т)]) = 0 - уравнение границы.

Теоретически растровые дисплеи обладают информационной емкостью существенно превышающей возможности восприятия человеком. На практике при отображении сообщений используются не отдельные пиксели, не имеющие корреляции друг с другом, а их пространственные сочетания (символы), символы выводятся в определенных зонах, динамически сменяя друг друга.

Совокупная информационная емкость Н(/) множества индикаторов, сменяемых в зоне, определяется зависимостью:

1=1 ГОН

где #1(л энтропия индикатора И}щ) отображаемого в зоне Х}\ /(/) - общее количество индикаторов, отображаемых в зоне; J - количество зон.

Средняя информационная емкость (для внешнего наблюдателя) при детерминированной очередности смены индикаторов в зонах

¡он

Если информация меняется в зонах случайным образом и £ (} имеет физический смысл вероятности (для внешнего наблюдателя) появления в у-й зоне г(/)-го кадра, то объем информации /-й зоны определяется зависимостью

у »0)=1 >С/Н

Информационная емкость сообщений в значительной мере зависит от выбранного способа визуального представления информации и информативных признаков, выбранных для кодирования состояний.

Исследована информационная емкость при кодировании информации абстрактными геометрическими фигурами, условными знаками и контурами, буквенно-цифровым способом; с помощью характеристик положения, с помощью геометрических и количественных характеристик, а также характеристик восприятия. На практике способы используют в комбинации. Наименьшую информационную емкость должны иметь те сообщения, на которые человек-оператор должен реагировать мгновенно, наибольшей информационной емкостью должны обладать сообщения, требующие осмысления. Показано, что при сочетании различных способов можно сформировать сообщение со значительной информационной емкостью с минимальным временем восприятия.

Преобразование информации при синтезе сообщений происходит в несколько этапов:

Этап 1. На основании анализ текущего состояния вектора данных определение состояний информативных признаков сообщения.

Этап 2. Формирование первичной математической модели сообщения.

Этап 3. Преобразование первичной математической модели во вторичную, выводимую на экран.

В авионике для формирования сообщений вторичные двумерные и трехмерные модели. Модели двумерных сцен характеризуют расположение некоторых плоских элементов в одной плоскости, и наиболее просто согласуются с «двумерной спецификой» экранов средств отображения. К таким моделям относятся тексты, графики, таблицы, чертежи в проекциях и т.п. Основной задачей двумерной графики является передача формы, окраски и взаимного расположения объектов на плоскости. Специфика моделей и обрабатывающих программ трехмерной машинной графики обусловлена необходимостью передачи на плоском экране не только пространственной формы и структуры объекта, но также пространственного взаиморасположения элементов и ощущения глубины пространства.

Одним из важных условий формирования изображений в системах отображения исследуемого класса является необходимость относительно высокого быстродействия аппаратно-программных средств. Это обстоятельство предопределяет применение экономичных способов описания сообщений в системах отображения с высоким разрешением, при котором существующего быстродействия бортовой ЭВМ достаточно для построения изображений за сравнительно малое время.. Одним из них является способ, основанный на разделении сообщений на «примитивы» и определение отношений для отдельных примитивов.

Сообщения, сформированные бортовым вычислителем, предназначены для восприятия человеком-оператором. Показано, что существуют ярко выраженные зависимости времени опознания символов, предъявляемых человеку-оператору на экране СОИ от их угловых размеров и яркости. Для успешного выполнения процедуры опознания каждый из индикаторов должен экспонироваться на экране средства отображения в течение времени г3, превышающем не-

которое минимально необходимое Г, „,„, которое зависит от способа кодирования информации; углового размера и контраста изображения.

Для сопоставительной оценки скорости выдачи информации и скорости восприятия информации человеком-оператором были оценены временные характеристики алгоритма формирования сообщений. Время между последовательными событиями обновления индикаторов И, определяется статистическими характеристиками соответствующей группы траекторий алгоритма, реализованного в бортовом вычислителе. Плотность распределения времени между началом цикла и попаданием в оператор модификации состояния индикатора И1 определяется зависимостью

Ат)

где ~ функция плотности распределения времени выполнения

](Т)-ой траектории в ¿(£Г)-ой группе траекторий.

Если обозначить через /г ((:) функцию плотности распределения времени

между модификациями произвольных зон информационного поля, то она будет выражаться через функции плотностей потоков модификации отдельных индикаторов как взвешенная сумма вида:

иШ)

<(")

Последнее выражение позволяет определить вероятность пропуска человеком-оператором некоторого сообщения, формируемого бортовым вычислителем. Как было показано в начале параграфа, время экспозиции сообщения не должно быть ниже некоторого порогового значения тцп. Очевидно,

'эШ!

о

где 7} - случайная величина временного интервала между двумя последовательными событиями в совокупном потоке обновлений информационного поля.

Определено, что среднее количество информации, выдаваемое бортовым вычислителем через индикатор И1 за некоторый промежуток времени т определяется зависимостью

П=1 х П=1

где _ интегральная функция распределения, соответствующая функ-

ции плотности распределения ^аю " энтропия одного сформирован-

ного сообщения.

Пятый раздел посвящен разработке методологии проектирования авио-

24

ники на основании теоретических разработок, изложенных в предыдущих разделах.

Физически система представляет собой сеть распределенных по летательному аппарату средств сбора информации, вычислительные ресурсы, а также средства, потребляющие информацию (средства отображения, регистраторы, исполнительные устройства и т.п.). Важными компонентами авионики являются источники вторичного электропитания и кабельная сеть. Основной задачей авионики является выполнение своих функций при ограничениях на массу, стоимость, потребляемую энергию и надежность. Потому методология проектирования разрабатывалась как оптимизационная задача поиска значения векторов параметров информационно-измерительной системы А = (вь ..., а„), В = (Ьь ..., Ьт), С - (сь ..., Ск), минимизирующие значение целевой функции ДА, В, С, О) при наличии ограничений, связывающих параметры отдельных компонентов, а также а также учитывающих взаимовлияние параметров в единой системе Методология представлена как совокупность методик формирования математических моделей отдельных компонентов системы, которые могут быть использованы в качестве ограничений при решении задачи оптимизации.

Датчики сенсорной подсистемы сгруппированы в летательном аппарате таким образом, что каждая группа датчиков производит сбор информации в некотором локальном пространстве летательного аппарата. Сигналы с выходов 1-й группы датчиков подвергаются преобразованиям, математические модели которых приведены в разделе 2. Физически это выполняется с помощью множества преобразователей локализованных в той же области, что и датчики. Электропитание элементов датчика и преобразователей производится с помощью вторичных источников, также входящих в конструктив.

Исследованы группы датчиков и преобразователей, выполняющих функции усиления по мощности; усиления с предварительной аналоговой фильтрацией; аналогового уплотнения; аналого-цифровое преобразования; аналого-цифровое преобразования с компандированием; аналого-цифрового преобразования с аналоговым уплотнением; аналого-цифрового преобразования с цифровым уплотнением. Для каждого из исследованных способов определена потребная информационная пропускная способность канала связи, массогабарит-ные характеристики аппаратных средств, энергопотребление а также количество линий кабельной сети для связи с ЭВМ. Отдельно построена модель системы электропитания в зависимости от конфигурации питаемых узлов и блоков.

Кабельная сеть объединяет отдельные датчики, электронные блоки, бортовую ЭВМ в единую систему авионики. Основной операцией при проектировании бортовой кабельной сети является трассировка межмодульных линий связи. Одной из основных характеристик бортовой кабельной сети является ее топологическая схема. Моделью бортовой кабельной сети является граф. Вершины графа является математическим подобием блоков системы. Дуги графа моделируют отрезки кабельной сети. Вершина графа может описывать также и место ветвления сети при отсутствии в этом месте физического блока (например, если фрагмент сети представляет собой жгут с разветвлениями). Такая вершина моделирует псевдоблок.

Задачи определения суммарной длины и показателей качества кабельной сети сведены к двум задачам: проектирования топологии, и в рамках заданной топологии определения расстояний в соответствии с выбранной метрикой. Для связи топологии бортовой кабельной сети с показателями качества каждая вершина графа описывается следующими параметрами:

координаты местоположения разъема, которым оканчивается кабельная сеть в месте подключения /(д)-го блока, или местоположения фрагмента жгута, где происходит ветвление кабельной сети (псевдоборка);

масса (объем) блока (для псевдоблока масса считается нулевой); перечень физических линий питания и сигналов, входящих и выходящих из блока (для псевдоблока перечень линий проходящих через точку ветвления жгута).

Каждая из линий, входящих в множество, характеризуется стоимостными и массогабаритными параметрами.

В диссертации разработаны методики трассировки кабельной сети, определения ее параметров и вариации параметров при решении задачи оптимизации. Для упорядочения соединений в кабельную систему (трассировки кабеля) должна быть осуществлена привязка связей графа к конструкции летательного аппарата. Метрический аспект трассировки обусловлен метрикой, согласно которой оценивается расстояние между соединяемыми объектами. С учетом особенностей условий прокладки кабелей для оценки расстояний между модулями системы использована ортогональная метрика, согласно которой расстояние между /(я) -м и j(a) -м блоками оценивается как

где {х,(а), уЛа), г,(о)}, {хЛо),уЛа),:Аа)} координату блока в трехмерном простран-

Показано, что путем перемещения псевдоблоков на топологической схеме кабельной сети возможно менять ее массогабаритные характеристики, что может быть использовано при решении оптимизационной задачи.

Бортовая ЭВМ в авионику включается через стандартные интерфейсы, каждый из которых обладает вполне определенной пропускной информационной способностью и задержкой прохождения информации по времени. Исследованы по пропускной способности интерфейсы, обеспечивающие следующие протоколы: АЯЕМС 429 (ГОСТ 18977-79), М1Ь-8ТБ-1553В (ГОСТ 26765.52-87), 8ТАЫАС 3910 (ГОСТ Р50832), АШЫС 629, АШЫС 659. Для исследованных интерфейсов построены информационные модели обмена.

В последовательных радиальных интерфейсов без мультиплексирования плотность распределения времени между двумя сообщениями и общее количество информации, передаваемое в единицу времени

стве.

N.

^ */„<«,,(/); А,«ч =

\

к

/,<429,(0 = 5 I-

<Р,( 429)

где <р,(429) - несущая частота передачи данных 1"(429)-го канала по рассматриваемому протоколу; М,(429) - длина кодовой посылки, передаваемой по каналу; /«■(«»)(') ~ плотность распределения времени пауз между посылками, для которой справедливо условие /„¡^(О^О, при 4 < <р1(429)/< 40; М[...] - математическое ожидание соответствующей величины.

В интерфейсах с мультиплексированием при циклическом опросе плотность распределения времени между двумя сообщениями, получаемыми бортовой ЭВМ

' ■'(и«)

I _ '"»3 )=

и

./(1553 )

= 5

./»(1553) С/ V"!

/»(1553) V/ \/л!(ШЗ)(0* — * ./¡,,(|553)(0 * — */л/(1553)*.

плотность распределения времени между двумя обращениями к /(1553)-му блоку, подключенному к интерфейсу

/„,553,«) = 5

>(1553 )

/ -

./(1553

ъ

/|1»3).1(1553)

(0 * (Л1(1553,(0*-*/я(155З)(0 * */«(')). (5.50)

где <р1553 - несущая частота передачи данных канала; Мц553> - длина кодовой посылки, передаваемой по каналу от /(1553)-го блока; Л^1(1553) - объем служебной информации, передаваемой в посылке от блока; М(1553> - длина кодовой посылки, передаваемой г'(1553)-му блоку системы; /„,„¡„,(0 - плотность распределения времени паузы между управляющей посылкой и ответным словом /-го блока; /„(1553 ) (/) - плотность распределения времени паузы между получением ответного слова и очередной управляющей посылкой; у|5

растяже-

./(1553 );

ние плотности распределения /Ш1 (/) по оси времени в Д1553) раз; /„'^"^(О -У(1553)-кратная свертка плотности распределения /„(1553) (/). При квазислучайном опросе

/(1553) (0 -^1(1553) (0

т

Л*"

у(1553)=1(1553) Д1553)«(Н53)

Р](15Я)У/(1ИЗ)(0

7(1553)

1553) Д1553М(1553) Ч;(1553)А(1553,

да55)

/,55,(0= £ Р 1(1553 1^ 1(1553 ) ' #(1553 ,=1(1553 )

где

3,(0= /„(1553,(0 * /„(,553,(0 *5

№

»(1553 >»1(1553 )

<¡»1553

имеет физический смысл времени опроса /(1553)-го блока.

Общее количество информации, передаваемое в этом случае по каналу в единицу времени

в случае циклического опроса

УЩ53)

(^»(1553 ) —

N.

, _ .(1553 )-К1553 ) "|«1 _ _ _ _

з,)

м [/(,553,(0]

при квазислучаином опросе

./(1553 ,

(1553 ,

Ъ Рл 1553 ,

. _ |(,553 ,.,(1553 ) "1553 -

(1553 ) ^и(1553 >)

М[/1553 (/)]

В радиальных интерфейсах с последующим мультиплексированием плотность распределения времени между двумя последовательными вводами данных в ЭВМ определяется:

при циклическом опросе - временем работы программного обеспечения ^|<«г)(') ПРИ обращении к каждому из блоков,

J(mx)

при квзислучаином опросе - взвешенной суммой плотностей,

Лгог)

/(«)(0=

Цтх)=1((шг)

■ растяжение плотности распределения по оси времени в.Т(тх)

J(mx )

раз; р,(щх) - вероятность обращения к Цтх)-му блоку. Период опроса /(/ид:)-го блока определяется: при циклическом опросе -

при квазислучайном опросе -

/(-,(0 =^,(-0(0

J(ш)

X

Д«*)*' ■

(«О

Ч(ш)

J<¡a)

ъ

РЛш) ](*и)=Цтх) к Лтг)*1(иа)

В обоих случаях среднее время между двумя сообщениями, получаемыми бортовой ЭВМ по интерфейсу,

*<-, = м [/,„,(/)];

плотность распределения времени между двумя опросами каждого из подключенных к интерфейсу блоков

Общее количество информации, вводимое в ЭВМ в единицу времени

А<~>

ь мх

где Vтх - разрядность аналого-цифрового преобразователя. Объем информации с ¡(тх)-го блока в единицу времени

Определены также параметры интерфейсов при наличии ошибок передачи данных. При верификации ошибок методом дублирования передачи пропускная способность канала понижается в 2 раз в соответствии с выражением

Ьч'

5У

/«1

где « - допустимое количество повторов передачи/приема; д - вероятность возникновения ошибки.

Организация обработки информации, поступающей по интерфейсу в системах исследуемого класса производится в соответствии со следующими принципами: вычисления с разделением времени; вычисления с прерываниями.

Разделение процессорного времени на интервалы производится с помощью системного таймера (регулярное), с помощью соответствующего выполнения программного продукта (стохастическое). Потребности в вычислительных ресурсах определяются объемом информации, поступающей с внешних устройств, и сложностью задач по понижению информативности для предъявления информации оператору. Диспетчеризация понижает эффективность использования процессорного времени, однако позволяет достичь требуемых характеристик доступа отдельных задач к процессору.

В результате разбиения временного интервала на окна, эффективность функционирования процессора при решении /(и) -й задачи понижается в

п _ М1

Рсри = М1/стМ(')]

раз, где /Щи),ьР(0 " плотность распределения времени решения задачи при наличии диспетчеризации; /ст(и)(') - время, затрачиваемое на решение задачи при отсутствии диспетчеризации.

В системах авионики используются циклические (периодические) и при-

оритетные дисциплины диспетчеризации.

Время возврата к задаче при циклической дисциплине работы диспетчера

где р1{В) - вероятность нахождения в очереди ¿(£>) задач; Ф,[п](0 - плотность распределения времени выполнения /(О) задач. Суммарное время, затраченное на обработку

где J\W,1(и)] - количество циклов, затрачиваемое на решение /(м)-й задачи.

Скорость, обработки информации процессором по /(«) -му алгоритму определяется зависимостью

и' =_Ьщ_

где /г|(и) - энтропия данных, поступающих в г'(и)-ю задачу; (/) - средняя

плотность распределения времени выполнения задачи с учетом диспетчеризации.

В диссертации разработана математическая модель одной из распространенных приоритетных дисциплин работы диспетчера для случая двух уровней приоритетов. Время возврата к задаче при приоритетной дисциплине работы диспетчера для нулевого уровня приоритета

= -/гДД/(!|,1)}+| * [-/¡(и,0) (')*•■•* //(„,0)-1 (')]>

где /г.,|о,|(»,1)1+1(') " плотность распределения времени, отведенного на выполнение окна первого уровня приоритета; /(„0)(0 - плотность распределения времени решения /(и,0) -й задачи нулевого уровня приоритета.

Скорость, обработки информации процессором по /'(и,0)-му алгоритму определяется зависимостью

где А|(ц 0) - объем информации, обрабатываемой /(и,0) -м алгоритмом.

Время выполнения окна /(и,1)-го алгоритма первого уровня определяется по зависимости:

" * 2* Лкодк.^с/окол",!)](') * — * fiiu.OAu.rn

(01.

|(«.о^(»,1)нч».ол«,1)]

где р11и о^(„1)] - вероятность появления соответствующего количества задач нулевого уровня приоритета; /о|„ол„ щ(/) - плотность распределения времени выполнения соответствующих задач нулевого уровня приоритета; /глол„ ,и(/) -

плотность распределения времени выполнения окна первого уровня приоритета.

Суммарное время, затраченное на обработку алгоритма первого уровня

где У ол„ ,)(0 - время возврата к решению задачи первого уровня; J[WJ(u,\)] -количество циклов, необходимое для решения задачи первого уровня.

При этом скорость, обработки информации процессором по /(и,1)-му алгоритму определяется зависимостью

^ fy(u.l)

,(В> М[/((„да(/)]'

Методики определения потребных ресурсов запоминающих устройств предусматривают определение необходимых объемов постоянного запоминающего устройства (ROM), полупостоянного запоминающего устройства (FLASH-память), а также оперативного запоминающего устройства (RAM).

Деятельность человека-оператора осуществляется на основании информации, предъявляемой на экране устройства отображения. Время реакцию на конкретные сообщения предложено определять экспериментально. В результате анализа соревнования оператора и технических средств, формирующих сообщение, определяется вероятность того, что к моменту появления нового сообщения не будет завершена обработка старого и время, оставшееся до обработки на момент поступления очередного сообщения. Указанные величины должны укладываться в определенные, наперед заданные пределы.

В целом задача проектирования средств авионики является классической задачей оптимизации. В связи со значительной сложностью задачи оптимального проектирования в диссертации предложен метод целенаправленного выбора, являющийся разновидностью метода нисходящего проектирования. Этот метод сводится к разделению процесса проектирования на уровни, каждому из которых соответствует своя декомпозиция объекта проектирования проводимая в соответствии с техническим существом задач, решаемых на данном уровне. Результатом проектирования каждого более высокого уровня является техническое задание на разработку соответствующих компонентов, формирующих более высокий уровень изделия. В процессе выполнения оптимального проектирования сначала выбирается соответствующее структурное решение. Для выбранной структуры в пространстве параметров формируются области допустимых решений, возможно пересекающиеся, на которых производится параметрический поиск частных оптимальных решений, после чего из частного оптимального выбирается оптимальное решение данного иерархического уровня.

Выбор оптимального решения на каждом из иерархических уровней проектирования не обязательно приведет к общему оптимальному решению в целом. Поэтому предложено проводить проверку на у' +1 -м уровне всех частных оптимальных проектных решений j-го уровня. Указанная проверка позволяет ввести обратную связь в процесс принятия решений и уменьшить накапливаемую ошибку проектирования вышеприведенной стратегии, однако ее реализация приводит к значительным вычислительным затратам. Достоинство предло-

женной методики заключается в том, что на разных иерархических уровнях проектирования используется единый подход.

Количественную оценку цели проектирования авионики предложено проводить по совокупность показателей, являющихся более высокими иерархически, нежели технические характеристики узлов, блоков и всей системы в целом. Использование технических характеристик как оценок эффективности системы нецелесообразно по ряду причин. Во-первых, как правило, большинство технических характеристик коррелируют друг с другом, что приводит к созданию системы, наилучшей по совокупности некоторой группы технических критериев. Во-вторых, при иерархическом целенаправленном проектировании бывает затруднительно на каждом уровне разработки поставить в соответствие функции качества одни и те же технические характеристики. В качестве показателей качества, с учетом специфики эксплуатации, целесообразно использовать мас-согабаритные характеристики и показатели надежности. Менее предпочтительным является критерий стоимости вследствие того, что в условиях рыночных отношений стоимость производства и эксплуатации авионики резко меняется во времени и в значительной мере определяется конъюнктурой рынка, а следовательно является необъективным.

В шестом разделе описывается перспективный программно-технический комплекс авионики, разработанный с использованием вышеприведенной методологии, который допускает возможность развития за счет введения в его состав более совершенных аппаратных и программных модулей на протяжении всего жизненного цикла. Комплекс был спроектирован на основании системного подхода с учетом информационного моделирования по критерию минимизация суммарной стоимости владения летательным аппаратом, отнесенной ко всему его жизненному циклу, с обеспечением возрастающего требуемого уровня эффективности его целевого применения.

Архитектура системы построена по иерархическому принципу.

1) Нижний уровень иерархии образуют технические средства авионики.

2) Средний уровень иерархии образуют многомашинные вычислительные системы, создаваемые из модулей нижнего уровня.

3) Высший уровень иерархии представляет собой интегрированную авио-нику, на основе центрального сетевого интерфейса высокой пропускной способности.

В основу организации вычислений в бортовой локальной вычислительной сети положен следующий информационный принцип. Степень дискретизации обрабатываемой информации сенсорной подсистемы по частоте и количество уровней квантования должны быть достаточными для обеспечения требуемой точности конечных результатов вычислений. Мощность интерфейса выбрана такой, чтобы обслуживать по детерминированной циклограмме всех, без исключения, абонентов сети.

Обслуживание периферийных блоков в системе реализуется через прерывания и через циклический опрос. Вычисления разных уровней независимы: полностью разделены по управлению и по памяти. Вычислительный цикл, обслуживающий каждый блок, имеет двойной буфер исходной информации. Во

время использования бортовой ЭВМ одного буфера, другой заполняется исходной информацией для следующего цикла.

Аппаратные средства конструктивно интегрируются в боксы, представляющие собой несущую и защитную конструкцию. Условно боксы классифицируются как функциональные боксы и концентраторы. Функциональный бокс является несущей конструкцией блока, контролирующего одну или несколько целевых функций самолета. Концентратор является местным вычислителем, выполняющей одну или несколько специальных функций.

В спроектированном комплексе предложена концепция интеграции функций измерения угловой информации и определения места и скорости летательного аппарата. С этой целью на борт устанавлен Базовый Инерциальный Измерительный Блок (БИИБ) в задачу которого входит формирование и выдача в вычислительную систему навигациоино-пилотажного комплекса (НПК) первичных информационных данных: проекций угловой скорости и линейного ускорения на оси связанной системы координат, а также преобразования в последовательный код и трансляции горизонтальных составляющих магнитного поля Земли, измеряемых магнитометром.

С целью модернизации эксплуатируемых и современных проектируемых самолетов разработана интегрированная вычислительная система самолетовождения представляющая собой многофункциональный пульт-вычислитель с плоским жидкокристаллическим экраном, выполненный в соответствии с рекомендациями АЯГЫС 739 и 702. Он объединяет в себе функции вычислителя системы самолетовождения, пульта управления и индикации, а также пульта управления радиосистемами.

Информационное ядро НПК включает вычислительную систему, БИИБ, аэрометрические датчики, датчики аэродинамических узлов и одноплатный приемник ОРБ/ГЛОНАСС. Ядро НПК наращивается: радиотехнической аппаратурой инструментальной посадки, радиовысотомерами малых высот, аппаратурой информационно-управляющего поля, аппаратурой системы картографической информации. В качестве базовой используется четырехмашинная вычислительная система управления полетом. Все четыре машины параллельно решают полный объем задач управления. В системе имеется концентратор аналоговой информации, осуществляющий также аналого-цифровое преобразование с выходом на системный интерфейс.В качестве центрального интерфейса авионики использован интерфейс по ГОСТ Р50832 (ЭТАНАО 3910).

С использованием теоретических положений диссертации, разработан также навигационно-пилотажный комплекс, на базе многорежимных пультов-вычислителей в рамках модернизации ВСС-85 на самолетах Ту-204, Ил-96 и Ту-334. Пульты-вычислители ПВ 96 и ПУ РТС (пульт управления радиотехническими средствами) являются унифицированными изделиями, построенными с использованием одинаковых вычислительных и интерфейсных модулей, и отличаются только лицевыми панелями.

Пульт-вычислитель, созданный на основе монохромного электролюминесцентного экрана обеспечивает:

РОС, НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С-ПмсрЭДг » 09 И* шва

решение задач навигации и самолетовождения в соответствии с рабочей программой комплекса;

индикацию на экране ПВ принимаемой и выдаваемой информации с наименованиями и численными значениями параметров, а также символьной и графической информации;

ввод информации в память пульта с помощью клавиатуры и вывод ее из памяти на индикацию.

ввод информации в ЭЗУ из загрузчика аэронавигационной информации (АНИ) в автоматическом режиме в соответствии с АЯШС 615. ПУ РТС обеспечивает:

решение задач управления радиотехническими системами в соответствии с рабочей программой комплекса.

индикацию на экране принимаемой и выдаваемой информации с наименованиями и численными значениями параметров, а также символьной и графической информации.

ввод информации в ОЗУ с помощью органов управления пульта и вывод ее из ОЗУ на индикацию.

ввод информации из загрузчика аэронавигационной информации в автоматическом режиме.

Пульты могут интегрироваться в комплексы, что повышает их эксплуатационные характеристики. Интеграция производится на основе резервированных четырех пультов-вычислителей, скоростных мультиплексных каналов обмена данными по АИЫС 629, средств ввода последовательных кодов по ГОСТ 18977-79 (ЛКПМС 429) и концентраторов. В систему также входят: БИИБ; датчики давления, аэродинамических углов и температуры; резервированный комплексный бортовой накопитель; полноформатное алфавитно-цифровое печатающее устройство; загрузчик данных и программ; командно-пилотажный индикатор; индикатор навигационной обстановки; комплексный индикатор самолетных систем; ручки управления курсором (левого и правого летчиков); индикатор на лобовом стекле.

Положения диссертации применялись также при разработке системы самолетовождения и индикации ССИ-80 для самолета С-80ГП, которая предназначена для:

обеспечения автоматического и ручного самолетовождения в боковой и продольной плоскостях с оптимизацией режимов полета, на внутренних и международных трассах гражданской авиации, с выполнением действующих и перспективных норм пилотирования от взлета до посадки, в любых географических условиях, в любое время суток по данным автономных и неавтономных средств навигации, установленных на самолете С-80;

ручного или автоматического (по программе) управления радиотехническими средствами, в том числе при аварийном режиме работы;

приема, обработки и индикации всей пилотажной, командной и контрольной информации на экранах индикаторов и пультов, с выдачей сигналов и подсказок о нарушениях работы навигационного оборудования самолета и действиях экипажа, связанных с этими нарушениями;

приема, преобразования, обработки и индикации информации о состоянии, режимах работы двигателей и другого общесамолетного оборудования с сигнализацией о предельных режимах работы и отказах этого оборудования;

оценки и сигнализации о достижении предельных и критических значений навигационных и пилотажных параметров;

сбора и локализации возникающих отказов во время наземных подготовок и в полете с их регистрацией и выдачей экипажу по завершении полета. В состав ССИ-80 входят:

два многорежимных пульта управления и индикации ПУИ 80С; пять многофункциональных индикаторов МФЦИ-031 с кнопочным обрамлением, выполняющим в зависимости от места установки функции: командно-пилотажных индикаторов (КПИ), индикаторов навигационной информации с индикацией метеоинформации, комплексных индикаторов самолетных систем и сигнализации (КИСС);

две цифровые вычислительные машины БЦВМ 90-505; два концентратора сигналов бортовых систем, самолетного оборудования и двигателей (блоки преобразования сигналов - БПС 80); система ввода информации (СВИ); система спутниковой навигации (СН-99).

Для выполнения своих функций ССИ-80 взаимодействует со следующими системами бортового оборудования самолета С-80: двумя системами курса и вертикали (СБКВ-П); двумя системами ближней навигации и посадки VIM-95); самолетным дальномером (ВНД-94);

радиотехнической системой ближней навигации и посадки РСБН-85;

двумя системами высотно-скоростных параметров СВС-80;

радиосистемой измерения высоты и скорости РВС А-076;

системой регистрации параметров РПИ-1;

автоматическим радиокомпасом АРК-М;

системой автоматического управления самолетом САУ-80;

метеолокатором MPJIC;

антенно-фидерной системой АФС;

датчиками двигателей;

электронно-цифровыми регуляторами двигателей ЭЦР; бортовой системой контроля двигателей БСКД;

комплексом управления топливом и расходом КУТР-1-1 и самолетной топливной системой ;

системой автоматического регулирования давления и системой кондиционирования воздуха СКВ/САРД;

комплексом средств связи КСС;

речевым информатором и системой аварийной сигнализации РИ и САС; общесамолетным оборудованием (закрылки, шасси, пневмогидросистема, электросистема и др.).

Блок преобразования сигналов БПС 80 обеспечивает прием информации от датчиков объекта в аналоговом и дискретном виде, а также последователь-

ным кодом, обработку информации, решение задач управления самолетным оборудованием, а также выдачу блокам-потребителям и на индикатор. БПС 80 представляет собой цифровую вычислительную машину с развитым УВВ, обеспечивающим прием и выдачу информации последовательным кодом, в аналоговом и дискретном виде, и построен на унифицированных с БЦВМ 90505 модулях.

В заключении диссертации сделаны выводы по работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

1. На основании исследования основных принципов функционирования авионики сделан вывод о том, что в основу концепции их моделирования может быть положено такое фундаментальное понятие информатики как энтропия которая должна быть связана с техническими характеристиками моделируемых объектов.

2. Сформулирована концепция моделирования авионики, основанная на математическом (аналитическом) стохастико-временном описании информационных процессов, что позволяет в равной степени учитывать в моделях информационные аспекты процессов, в том числе вопросы информационной точности при алгоритмических преобразованиях, фактор времени и фактор перехода объекта из состояния в состояние.

3. Разработана методологии оценки информативности различных типов сообщений и изменения информативности при различного рода преобразованиях сигналов в авионике.

4. Построена обобщенная модель сенсорной подсистемы, описывающая генерацию и ввод в ЭВМ информации с двух типов датчиков: с аналоговым выходом и с квантованным по уровню выходом; для датчиков с аналоговым выходом получены необходимые условия дискретизации и квантования по уровню, обеспечивающие минимальный шум преобразования; для датчиков с квантованным по уровню выходом показано, что ошибки при вводе информации в ЭВМ обусловлены «соревнованием» между процессами переключения выходных сигналов и средствами ввода данных в ЭВМ.

5. Получены выражения, связывающие параметры средств преобразования сигналов сенсорной подсистемы с информативностью генерируемых сообщения, а также выражение для оценки вычислительных ресурсов, необходимых для переработки поступающей информации.

6. Исследованы стохастико-временные свойства средств преобразования информации в авионике, показано, что математическим подобием их функционирования является эргодический полумарковский процесс, для которого определены понятия выделенных состояний и получены выражения для временных характеристики переходов из одного выделенного состояния в другое, основанные операциях с полумарковской матрицей.

7. Показано, что наличие прерываний при функционировании бортовых ЭВМ увеличивает среднее время возврата в выделенные состояния полумарковского процесса, описывающего бортовую ЭВМ; оценено количественно увеличение времени.

8. Исследован процесс обработки информации протраммными средствами, доказано, что программная обработка не увеличивает объемов обрабатываемой информации; получены зависимости для оценки сокращения объемов при программной обработке; сформулировано общее требование к программному обеспечению бортовой ЭВМ, учитывающее ее производительность и пропускную способность канала восприятия оператора.

9. Введено понятие информативного признака сообщения и сделан вывод о том, что задача расчета значений информативных признаков сообщения на основании анализа информации сенсорной подсистемы может рассматриваться как классическая задача распознавания образов, в которой вектор состояния контролируемого объекта относят к одному из множества заранее определенных классов.

10. Получены зависимости для оценки энтропии при динамическом распределении информационных ресурсов средств отображения: общего объема информации, выводимой через зону, средний объем информации и объем информации, если появление каждого типа сообщения является случайным.

11. Проведен сравнительный анализ различных способов кодирования сообщений при комбинированном способе кодирования. Показано, что наилучший результат применения комбинированного способа достигается, если для кодирования информативного признака с наименьшим временем восприятия человеком-оператором применяется наименьшее количество состояний.

12. На основании анализа функционирования типовых узлов и блоков авионики разработана система математических моделей, описывающая информационные и массогабаритные характеристики различных схем сенсорной подсистемы, подсистемы электропитания, бортовой кабельной сети, распространенных интерфейсов при различных дисциплинах обслуживания абонентов.

13. Получены зависимости, связывающие потребные ресурсы бортовой ЭВМ с информационными характеристиками сенсорной подсистемы, и параметрами программного обеспечения, в частности дисциплиной разделения времени между потребителями операционной системой ЭВМ (для простой циклической дисциплины и дисциплины с приоритетами).

14. Предложена методика оценки деятельности человека-оператора, включенного в авионику при получении им сообщений через средства отображения, информативность которых понижена с помощью бортовой ЭВМ. Получены зависимости, позволяющие определить эффективность деятельности и методы, повышающие ее в аварийных ситуациях.

15. Решена задача разработки методологии оптимального проектирования систем исследуемого класса, основанной на аналитическом описании информационных процессов, и предложен метод целенаправленного проектирования систем, заключающийся в разделении проектной задачи на иерархические уровни поиске оптимального проектного решения для каждого уровня с

использованием информационных моделей процессов в качестве системы ограничений.

16. Разработанные концепция и методология проектирования авионики апробированы на решении конкретных проекгных задач информационно-измерительных программно-технических комплексов самолетов гражданской авиации.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. A.C. № 726545. Устройство для отображения цветной информации на экране электронно-лучевой трубки типа «Пенетрон» // Парамонов П.П. и др., 1979.

2. A.C. № 908170. Преобразователь «Фаза-код» // Парамонов и др., 1981.

3. Парамонов П.П., Смирнов A.B., Таранов Г.В. Входной экспресс-контроль интегральных микросхем // Физические методы диагностирования в задачах управления качеством и надежностью. - Киев: ИПУ АН УССР, 1985. - С. 34 - 36.

4. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф., Мамаев В.Я. Новые информационные технологии в навигационных стендах и тренажерах // Научно-техническая конференция Центра подготовки космонавтов. - М.: РГ НИИ ЦПК, 1996.- С. 14 - 15.

5. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф., Фильчаков В.В. Система автоматизированного проектирования для разработки программного обеспечения тренажеров (ПТ-CASE) // Научно-техническая конференция Центра подготовки космонавтов. - М.: РГ НИИ ЦПК, 1996.- С. 15 -16.

6. Парамонов П.П.; Рахматов М.Т., Юраков B.C. Генератор периодических сигналов специальной формы // Научное приборостроение. - РАН. - Т. 6 -№2.- 1996.-С. 257-259.

7. Вычислительные средства комплексирования федерального государственного унитарного предприятия ОКБ «Электроавтоматика» на рубеже 21 века. / П.П. Парамонов и др. - «Мир авионики». - № 4. - 1998. - С. 38 - 39.

8. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф. Обучающие аппаратно-программные комплексы новых поколений // 30-я научно-техническая конференция ГИТМО. - СПб: ГИТМО, 1999. - С. 103.

9. Парамонов П.П., Сабо Ю.И., Копорский Н.С. Некоторые аспекты интеграции бортового оборудования эргатических систем летательных аппаратов // 30-я научно-техническая конференция ГИТМО. - С-Пб: ГИТМО, 1999. - С. 103.

10. Парамонов П.П., Видин Б.В., Шек-Иовсепянц P.A. Аппаратные средства вычислительной техники современных и перспективных бортовых информационно-управляющих комплексов // 30-я научно-техническая конференция ГИТМО. - С-Пб: ГИТМО, 1999. - С. 103.

11. Парамонов П.П., Сабо Ю.И., Шек-Иовсепянц P.A. Авионика на рубеже тысячелетий // «Мир авионики». - № 1 - 2. - 2000. - С. 45 - 49.

12. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф. Роль CALS-технологий в создании передового конкурентоспособного авиационного приборного оборудования // «Ми авионики». - № 3. - 2000. - С. 31 - 33.

13. Моделирование и экспериментальное исследование информационного обмена в мультиплексных каналах на основе проводной и волоконно-опти ческой линии передачи информации. / Парамонов ПП. и др. - СПб.: ГИТМО, 2000. - 15 с.

14. Нашлемная система целеуказания и индикации на базе координа j точувствительного фотоприемника «Мультискан» // П.П. Парамонов и др.

t «Датчики и системы». - № 8. - 2001. - С. 2 - 3.

15. Широкоугольные оптические системы для индикаторов на «лобовом стекле» // П.П. Парамонов и др. - «Датчики и системы». - № 8. - 2001. -С. 4-7.

t 16. Парамонов П.П., Ильченко Ю.А., Жаринов И.О. Теория и практик

' статистического анализа картографических изображений в системах навигаци

пилотируемых летательных аппаратов // «Датчики и системы». - № 8.- 2001. -С. 15-19.

17. Парамонов П.П., Белов И.А., Сизиков B.C. Применение метода регу ляции для коррекции искаженных изображений в измерительных системах // «Датчики и системы». - № 8. - 2001. - С. 20 - 23.

18. Парамонов П.П., СабоЮ.И., Суслов В.Д. Авионика в информационно измерительных системах // «Датчики и системы». - № 8. - 2001. -С. 7-10.

19. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф., Мамаев В .Я. Интеллектуальные датчики в автоматизированных обучающих системах //«Мир авионики». - № 2. - 2001. -С. 41 - 43.

20. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф.,Оводенко A.A.,Чернов В.А. //Принципы создания нового поколения авиационных тренажеров на основе современны информационных технологий // Всероссийская научно-техническая конферен ция НААП. - С-Пб: НААП. - 2001. - С. 29 - 30.

, 21. Парамонов П.П., Сабо Ю.И., Суслов В.Д. Интеграция - основная тен

| денция в развитии авионики // Приборы и приборные системы. Материалы Все I российской научно-технической конференции. - Тула: ТулГУ, 2001. - С. 41 - 43.

22. Парамонов П.П. Исследование межсистемного информационного об * мена цифровым последовательным кодом с использованием аппаратно-про

граммных средств имитации и контроля. - СПб.: ГИТМО (ТУ). - 2001. - 16 с.

23. Оценка ресурсов бортовых ЭВМ // ПП.Парамонов и др. - Гироскопия и навигация. - С-Пб: ЦНИИ Электроприбор, 2002. - № 2 (37). - С. 105.

24. Парамонов П.П. К вопросу оценки объемов информации, вводимой в бортовую цифровую вычислительную машину // Гироскопия и навигация. - С Пб: ЦНИИ Электроприбор, 2002. - № 4 (39). - С. 71 - 72.

25. Парамонов П.П. Проектирование систем авионики с использованием информационных моделей //Известия Тульского го суд ар ственно го университета. Сер. Проблемы специального машиностроения. Вып. 5. Ч. 1. - Тула: ТулГУ, 2002. - С. 14 -18.

26. Парамонов П.П. Организация разработки и производства аппаратуры для авиационных бортовых вычислительных комплексов автоматизации управ ления ЛА // «Датчики и системы». - № 11. - 2002. - С. 64 - 67.

27. Парамонов П.П. Об одном случае ввода в ЭВМ сигналов, квантован ных по уровню // «Известия вузов. Приборострение». - № 5. - 2002. - С. 14 - 21.

28. Парамонов П.П., Шалобаев Е.В. Механизмы вывода бортовых опера тивно-советующих систем- Санкт-Петербург: ГИТМО (ТУ), 2002. - 27 с.

29. Парамонов П.П. Способ ввода в ЭВМ квантованных по уровню сигна лов -Санкт-Петербург: ГИТМО (ТУ), 2002. -14 с.

30. Современное состояние и перспективы развития автоматизации про цесса обучения (на примере навигационного тренажера штурмана IV поколения

// Аэрокосмические приборные технологии: Международный симпозиум. ,

СПб.: ГУАП, 2002. - С. 48.

31. Парамонов ПП Основы проектирования авионики. - Тула: ТулГУ, 2003. - 164 с.

32. Парамонов П.П., Кофман М.М., Сабо Ю.И. Методологияпроектирова ния перспективных авиационных комплексов бортового оборудования // «Ави акосмическое приборостроение». - № 5. - 2003. - С. 2 - 8

33. Парамонов П.П., Копорский Н.С., Видин Б.В. Вероятностный анализ шумоподобных сигналов инфранизкочастотного диапазона в задачах обнаруже ния и классификации воздушных объектов // XXXI1 научная и учебно методическая конференция. - СПб: ГИТМО(ТУ), 2003. - С. 44.

34. Парамонов П.П., Сабо Ю.И., Видин Б.В. Модернизация нашлемной системы НСЦИ для нейрофизиологического контроля состояния пилота лета тельного аппарата // XXXI1 научная и учебно-методическая конференция. СПб ГИТМО(ТУ), 2003. - С. 44.

35. Методология проектирования перспективных комплексов бортового оборудования гражданской авиации // Парамонов ПП. и др. - X Санкт-Петер ' бургская международная конференция по интегрированным навигационным ^

- системам. - СПб.: 2003. - С. 104 -106.

I

Формат 60 х 84/16. Печать офсетная. Бумага офсетгая. Объем: 2,5 п.л. Тцэаж 100 экз. Заказ №420.

Отп. в ИПП «Гриф и К», г. Тула, ул. Октябрьская, 81-А

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНО- 19 ИНФОРМАЦИОННЫХ СРЕДСТВ АВИОНИКИ

1.0. Введение

1.1. Типовые структуры измерительно-информационной системы

1.2. Обобщенная схема передачи информации в человеко-машинном комплексе

1.2.1. Общие определения

1.2.2. Количественная оценка информационного содержания сигнала

1.3. Методы исследования

1.3.1. Методы моделирования сенсорной подсистемы

1.3.2. Методы моделирования бортовой вычислительной подсистемы

1.3.3. Методы моделирования подсистемы отображения информации

1.3.4. Методы синтеза бортовых кабельных сетей (БКС)

1.3.5. Критерии оценки бортовых систем информационного обмена

1.4. Выводы

2. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СЕНСОРНОЙ ПОДСИСТЕМЫ

2.0. Введение

2.1. Дискретизация аналоговых сигналов

2.2. Погрешности дискретизации аналоговых сигналов

2.3. Квантование сигналов сенсорной подсистемы по уровню

2.4. Дискретизация квантованных сигналов

2.5. Информационные характеристики сигналов датчиков

2.6. Выводы

3. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БОРТОВОГО

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

3.0. Введение

3.1. Общие свойства и характерные особенности бортовых ЭВМ систем авионики

3.2. Временные характеристики полумарковских процессов

3.3. Описание функционирования бортовых ЭВМ без учета прерываний

3.4. Временные характеристики алгоритмов при наличии внешних прерываний

3.5. Изменение информативности сообщений при обработке сигналов сенсорной системы на ЭВМ

3.6. Суммарная оценка информационных потоков в системе авионики

3.7. Выводы

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ СРЕДСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

4.0. Введение

4.1. Общие принципы формирования сообщений, предъявляемых на экране

4.2. Способы представления информации и информативные признаки

4.2.1. Представление информации абстрактными геометрическими фигурами, условными знаками и контурами

4.2.2. Буквенно-цифровой способ представления информации

4.2.3. Характеристики положения

4.2.4. Геометрические и количественные характеристики

4.2.5. Характеристики восприятия

4.3. Синтез сообщений 138 4.3.1.Общие принципы синтеза сообщений

4.3.2. Синтез сообщений из примитивов

4.3.3. Особенности синтеза двумерных сообщений

4.3.4. Особенности синтеза объемных сообщений

4.4. Информационно-временные характеристики процесса формирования сообщений на экранах средств отображения

4.5. Выводы

5. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВИОНИКИ

С ИСПОЛЬЗОВАИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

5.0. Введение

5.1. Проектирование сенсорной подсистемы

5.1.1. Усиление по мощности

5.1.2. Усиление с предварительной аналоговой фильтрацией

5.1.3. Аналоговое уплотнение для передачи по каналу связи

5.1.4. Аналого-цифровое преобразование

5.1.5. Аналого-цифровое преобразование с комиандированием

5.1.6. Аналого-цифровое преобразование с аналоговым уплотнением

5.1.7. Аналого-цифровое преобразование с цифровым уплотнением

5.1.8. Электропитание сенсорной подсистемы

5.2. Проектирование бортовой кабельной сети

5.2.1. Описание кабельной сети

5.2.2. Проектирование кабельной сети

5.2.3. Показатели качества бортовой кабельной сети

5.2.4. Разъемы

5.3. Включение бортовой ЭВМ в авионику

5.3.1. Интерфейс по ГОСТ 18977-79 (ARINC 429)

5.3.2. Интерфейсы по ГОСТ 26765.52-87 (MIL-STD- 1553В), ГОСТ

Р50832 (STANAG 3910), ARINC 629, ARINC

5.3.3. Аналоговый и цифровой радиальные интерфейсы с мультиплексированием

5.3.4. Система прерываний и спецпроцессор

5.4. Оценка основных ресурсов бортовой ЭВМ

5.4.1. Время центрального процессора

5.4.2. Объемы запоминающих устройств

5.5. Оценка деятельности человека-оператора

5.6. Комплексная задача оптимизации системы авионики 216 5.6. Выводы

6. СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МОДУЛЬНОЙ АВИОНИКИ

6.0. Введение

6.1. Технические и программные средства комплекса

6.1.1. Вычислительные мощности и интерфейсы для связи с сенсорной подсистемой

6.1.2. Принципы реализации программного обеспечения

6.2. Конструктивное исполнение комплекса

6.3. Структурные схемы системы авионики

6.3.1. Интеграция навигационно-пилотажной информации

6.3.2. Интеграция аэрометрической информации

6.3.3. Комплексная обработка информации БИИБ, аэрометрических датчиков и системы навигационных средств (СНС) GPS/ГЛОНАСС

6.3.4. Информационное ядро НПК

6.3.5. Структурная схема авионики перспективных самолетов с выделением НПК как интеллектуального ядра

4.3.6. Интерфейсы системы

6.4. НПК на основе резервированных многорежимных пультов-вычислителей (ПВ) и интерфейсов по ГОСТ 18977-79 (ARINC 429)

6.4.1. Пульт-вычислитель

6.4.2. Пульт управления радиотехническими системами ПУ РТС

6.5 НПК на основе резервированных пультов-вычислителей, центрального мультиплекса и интерфейсов по ГОСТ 18977

ARINC 429)

6.6. Система самолетовождения и индикации ССИдля самолета С-80ГП

6.7. Выводы

Актуальность темы. Современный этап развития систем управления объектами различного назначения, в частности технических средств, используемых при управлении пилотируемыми летательными аппаратами, характеризуется, во-первых, существенным ростом объемов информации, получаемой от объекта с помощью сенсоров и используемой для принятия решений, во-вторых, стремлением извлечь из полученной информации максимум возможного, а в третьих, стремлением переложить решение части задач по выработке управленческих решений на ЭВМ [14, 46, 123]. Указанные обстоятельства привели к тому, что программно-технические комплексы, ниже называемые системами авионики, осуществляющие сбор информации, се предварительную обработку и предъявление результатов предобработки человеку-оператору, стали важнейшим звеном систем управления летательными аппаратами, а приоритеты использования подобных комплексов смещаются в сторону решения все более сложных информационных задач за все более короткое время [60, 84, 93].

С другой стороны, развитие рыночных отношений предопределяет жесткую конкуренцию, как на рынке авиационной техники, так и на рынке вспомогательных средств, что в свою очередь приводит к необходимости существенного сокращения сроков обновления авионики. В настоящее время это возможно только с использованием таких методологий, которые бы обеспечивали сквозной процесс проектирования от общего облика системы до конкретных конструкторских решений и программных продуктов [79, 80, 93, 94, 164, ].

Важным аспектом функционирования авионики является информационный аспект, характеризующийся двумя факторами: информативностью сообщений и скоростью ее обработки и/или передачи. Информационный аспект процесса управления, в основном, определяет эффективность применения технических средств летательного аппарата в процессе выполнения полетов, а в ряде случаев, например в форсмажорных ситуациях, и/или на бортах специального назначения - работоспособность и даже жизнеспособность борта. Типичным примером влияния времени решения задачи на работоспособность комплскса является применение системы авионики в качестве звена, реализующего обратную связь [46,97, 107].

Общепринятым методом решения проблемы ускорения информационных процессов является применение более быстродействующей аппаратной составляющей. Однако, само по себе применение более совершенных технических средств, хотя и приводит к удорожанию аппаратуры, зачастую не дает желаемого результата без организационно-технических мероприятий по их использованию. Другими методами решения задачи является анализ информационной стороны процесса и генерация на каждом этапе таких сообщений, которые бы способствовали ускорению процессов передачи и обработки данных при сохранении релевантной информативной составляющей, а также сокращению времени трафика по бортовым кабельным сетям [59, 63, 77, 102, 163]. С другой стороны, само по себе применение более совершенных технических средств, хотя и приводит к удорожанию аппаратуры, зачастую не дает желаемого результата без организационно-технических мероприятий по их использованию.

Как правило, состав аппаратных средств авионики определяются нормативными документами и редко подвергаются изменениям. Вследствие этого параметры информационных процессов являются едва ли не единственными варьируемыми параметрами для оптимизации времени информационных процессов. В силу сложности информационных процессов и широкой номенклатуры технических средств, решающих в авионике сходные задачи с различными ресурсными затратами, проектирование систем указанного класса с последующей постановкой экспериментов на реальном объекте - весьма длительный и дорогостоящий процесс, в результате которого не обязательно получается оптимальный результат. Поэтому сокращение сроков создания и освоения новых технических решений целесообразно проводить с предварительным моделированием и расчетом параметров систем, что в настоящее время затруднительно, вследствие отсутствия методологии проектирования систем.

Все вышеперечисленное, а именно потребности в создании систем авионики и отсутствие общей теории их анализа и расчета, позволяющей осуществить оптимальное распределение информационных функций между компонентами в пространстве-времени в системах с заданной структурой, объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.

Таким образом, объектом исследования диссертационной работы являются системы авионики, состоящие из сенсорной подсистемы, ряда функциональных компонентов (узлов и бло1ю^ по^преобразованию информации, борто^ в^о^втислителя, средств передачи и отображения информации, взаимодействующие с человеком-оператором на бортулетательного аппарата, и способствующие при указанном взаимодействии достижению цели, определенной полетным заданием. Следует подчеркнуть, что методология^разработанная в диссертации, может быть применена для разработки информационно-измерительных систем другого назначения, например, систем управления морскими или наземными транспортными средствами, следовательно, объект исследования может быть расширен докласса объектовJB известном смысле, к расширенному классу может быть отнесено подавляющее число подвижных электронно-механических технических систем, если рассматривать информационные аспекты их функционирования при управлении оператором и технические параметры узлов и блоков, зависящие от информационных свойств, например роботы, интеллектуальные средства поражения и т.п.

Предмет исследования диссертационной^работы может быть определен как информационные, временные,'^точностные и^массогабаритные характеристики компонентов объекта, при их сочленении в единую систему и взаимодействии, в том числе и эргатическом, для достижения цели функционирования. ^

Необходимым при создании авионики является этап формирования и исследования таких моделей, которые адекватно отражали бы релевантные аспекты их функционирования. Релевантными в данном случае являются: | ^ состояния объекта (компонентов объекта), в которых он пребывает в процессе функционирования; информационные аспекты процессов в определенных состояниях объекта и его компонентов; время пребывания в состояниях;

Оказывается, что подходов к моделированию, в равной мере учитывающих все перечисленные аспекты, в настоящее время не существует. Ниже исследуется подход к исследованию временных характеристик информационных процессов в системах с выделенными состояниями, который опирается на аналитические методы математического моделирования.

В диссертационной работе информационные аспекты функционирования объекта исследуются с применением такого фундаментального понятия информатики как энтропия, которая связывается с другими характеристиками, например, массогабаритными характеристиками технических средств преобразования информации [13, 36, 52, 53, 62, 63]. Математическое моделирование смены состояний и фактора времени производится с применением понятия полумарковского процесса, что позволяет получить широкий диапазон приближений моделей к реальным процессам, от строго детерминированных до стохастических, причем достижимость состояний в моделях рассматриваемого класса определяется с точностью до вероятностей, а определение временных интервалов производится с точностью до плотностей распределения вероятностей и/или числовых характеристик плотностей (математического ожидания, верхней и нижней границ области ненулевых значений [50, 54, 56, 90, 99, 109, 114, 127, 134, 139, 142, 147, 150]. Ряд полученных ранее другими авторами и использованных в диссертации результатов [65, 67, 115, 135, 144, 145, 146] позволяет учитывать и взаимодействие компонентов авионики при функционировании.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методологии опти-

------—— мального проектирования систем исследуемого класса, основанной на аналитиу- f ческом описании информационных процессов. у, ^

Задачи исследований. ' ^ °'

1. Исследование особенностей информационных процессов в авионике и подбор фундаментальных теорий, которые могли бы быть положены в основу метода их математического (аналитического) моделирования.

2. Разработка концепции математического моделирования информацион-хйых процессов в системах исследуемого класса.

3. Разработка методологии: оценки информативности сообщений различных типов и'^изменения информативности при преобразованиях сигналов в

V. - ' авионике. if.' ^^

4. Исследование общих закономерностей поведения алгоритмов обработки информации бортовыми ЭВМ и сведение задачи исследования алгоритмов к известным стохастико-временным моделям, в частности к полумарковскому процессу.

5. Создание метода исследования в^^енных^и стохастических алгоритмов по их полумарковским моделям, представленным в виде полумарковской матрицы. yd, CSst-C^^p^-'.

6. Получение зависимостей для оценки информационной точности ввода сигналов, получаемых на выходах датчиков различных типов, в ЭВМ при различных способах формирования сигналов опроса^^, ^ у^ J^'1' "*

7. Исследование информационных характеристик эргатической составляющей авионики, разработкат]^боваш^^составу и содержанию сообщений, формируемых на экране средств отображения ji несущих информацию о состоянии летательного аппарата^ ^^ ^^ <->£>'/% ~

8. Разработка методик моделирования с помощью полумарковских процессов типовых конфигураций технического и программного обеспечения.

9. Разработка метода оптимального структурно-параметрического синтеза авионики с использованием информационных моделей процессов в качестве системы ограничений. Р' ' ''<07 *

10. Экспериментальная проверка разработанного метода информационного моделирования при создании и внедрении в авиации реальных програм

CVit? а-< '<*->- а с<" ' мно-технических комплексов. * "

Научная новизна диссертации заключается в следующем. 1. Сформулирована концепция информационного моделирования авионики состоящей из множества взаимосвязанных функциональных компонентов, для каждого из которых характерным является наличие ряда состоянии, переход из которых в сопряженные состояния связан с изменением информативности сообщений.

2. Создан обобщенный метод комплексного анализа авионики основанный на математическом (аналитическом) структурно-параметрическом моделировании процессов в программных и аппаратных средствах, в том числе при4 взаимодействии ее компонентов. ^

3. Оценена информационная точность-процесса ввода данных с датчиков сенсорной системы в бортовую ЭВМ при различных способах опроса датчиков (поллинг, прерывания), исследовано влияние параметров ввода на ошибку, возникающую в процессе опроса датчиков.

4. На основании исследования информационных характеристик и вычислительной сложности различных способов формирования сообщений, предъявляемых оператору на экране средств отображения, разработаны требования к составу и содержанию сообщений, несущих информацию о состоянии летательного аппарата.

5. Разработаны методы решения ряда проектных задач, в частности распределения функций между узлами и блоками; информационно-временного согласования компонентов при их взаимодействии; распределения ресурсов бортовой ЭВМ при функционировании объекта; пространственно-топологического размещения узлов и блоков на борту летательного аппарата.

6. Предложено при разработке авионики использовать модификацию метода оптимального целенаправленного синтеза, представляющую собой разновидность нисходящего структурно-параметрического проектирования использованием в качестве системы ограничений зависимости, связывающие информационные и технические характеристики систем.

Принципиальный вклад в развитие теории проектирования авионики состоит в следующем:

1. Произведено обоснование общих свойств, которыми должны обладать структурно-параметрические модели авионики, показано, что информационный аспект процессов в программно-технических средствах является важным фактором, который необходимо учитывать при моделировании систем данного класса.

2. Постановлена и решена задача разработки формализованного подхода к математическому (аналитическому) моделированию информационных процессов в компонентах системы на основе определенияэнтропии, как количественной меры информативности сообщений на входе и выходе, а также временных и вероятностных характеристик состояний компонентов, как следствия реализации в них некоторого алгоритма, с использованием достижений таких фундаментальных теорий, как теория полумарковеких процессов, теория алгоритмов и теория информации.

3. Показано, что алгоритмы фу!п<цио1шрования ^ртовь1х ЭВМ моделируются эргодическим полумарковским процессом, а наличие прерываний, поступающих в ЭВМ от компонентов авионики, увеличивает время выполнения операторов алгоритма, получены зависимости для оценки увеличения временных интервалов. , - ;

4. Разработан ряд методов и получены математические выражения для определения информационных и стохастико-временных параметров взаимодействия компонентов в системах исследуемого класса, а также согласования указанных характеристик при сопряжении соответствующих компонентов.

5. Исследован механизм возникновения ошибки при вводе цифровых сигналов в ЭВМ, оценена информационная точность процесса ввода данных с датчиков с цифровым выходом в ЭВМ при различных способах опроса датчиков

V- — поллинг, прерывания), исследовано влияние параметров ввода на ошибку, воз^ никающую в процессе опроса датчиков. v'! ~ "" ~ ^ " с/

6. Определена-информационная емкость сообщений, предъявляемых на экранах средств отображения, показано, что задача адаптации сообщений, поступающих из сенсорной подсистемы, к информационной пропускной способности зрительного канала восприятия оператора сводится к задачам классификации и посимвольного формирования образов, оценена вычислительная сложность формирования плоских и объемных символов.

7. Предложены модели для оценки информационных и конструктивных параметров различных технических решений (как аппаратных, так и программных) при проектировании авионики.

8. Разработан метод целенаправленного структурно-параметрического проектирования систем с использованием в качестве системы ограничений комплекс информационных и стохастико-временных моделей, разработанных в диссертации.

Практическая ценность работы заключается в том, что методология информационного проектирования ориентирована на создание практических рекомендаций, позволяющих повысить качество вновь разрабатываемых систем исследуемого класса при сокращении сроков их разработки.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробаций методологии при решении практических задач разработки ряда навигационно-пилотажных комплексов/самолетов гражданской авиации. № |

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Концепция информационного и стохастико-врсменного моделирования авионики, состоящих из ряда компонентов, взаимодействующих в процессе функционирования^^ ^

2. Формализованный подход к математическому (аналитическому) моделированию информационных процессов в компонентах системы на основе определения энтропии, как количественной меры информативности сообщений на входе и выходе, а также временных и вероятностных характеристик состояний компонентов, как следствия реализации в них некоторого алгоритма.

3. Метод определения временных интервалов, формируемых при функционировании бортовой ЭВМ, основанный на операциях с полумарковской матрицей, описывающей эргодический процесс в алгоритмах авионики.

4. Методы определения информационных и стохастико-временных параметров взаимодействия компонентов в системах исследуемого класса, а также согласования указанных характеристик при сопряжении соответствующих компонентов.

5. Модель механизма возникновения ошибки при вводе цифровых сигналов в ЭВМ; метод оценки информационной точности процесса ввода данных с датчиков с цифровым выходом в ЭВМ при различных способах опроса датчиков (поллинг, прерывания).

6. Метод формирования сообщений на экране средств отображения с определением информационной емкости сообщений и адаптацией сообщений, поступающих из сенсорной подсистемы, к информационной пропускной способности зрительного канала восприятия оператора.

7. Метод целенаправленного проектирования авионики с использованием в качестве системы ограничений информационных и стохастико-временных моделей компонентов.

Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации концепция, методы и методики реализованы автором в процессе выполнения нижеследующих НИР ОКБ "Электроавтоматика": "Борт-80" (инв. № 8830, 1978), "Зрачок 2" (инв. № 7889, 1974), "Фиалка" (инв. № 9624, 1982), "Структура" (инв. №7889, 1984).

Результаты, полученные в диссертации, внедрены в ОКБ "Электроавтоматика" в следующих разработанных средствах: комплексная система цветной индикации "Панорама"; навигационный комплекс ОЭНК; система экранной индикации СЕИ-124; система отображения информации для вертолета МИ-24В; система отображения информации "Луч" для изделия "Вьюга"; J бортовой вычислительный комплекс БЦК-29; ( машина цифровая вычислительная ЦВМ80-406ХХ; многопрограммный пульт-вычислитель для реализации вычислительных систем самолетовождения; навигационный комплекс высотного самолета; комплекс пилотажно-навигационного оборудования самолета ИЛ-114; пульт-вычислитель для самолета ТУ-204.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1. III Международная научно-техническая конференция "Пилотируемые полеты в космос", РГНИИ ЦПК, Москва, 1997.

2. Международная научно-техническая конференция "Конверсия, приборостроение, рынок", Владимир-Суздаль, 1997.

3. Международный коллоквиум по точной механике, Будапешт, 1997.

4. Международная научно-техническая конференция "Мстрология-97", Минск, 1997.

5. Гагаринские чтения, Москва, 1997.

6. II Международный симпозиум "История авиации и космонавтики", Москва, ИИЕТРАН, 1997.

7. 30 Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава ГИТМО (ТУ), Санкт-Петербург, 1999.

8. Международный симпозиум «Аэрокосмические приборные технологии, Санкт-Петербург, 2002.

9. Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы проектирования систем и комплексов», Тула, 2002.

По теме диссертации опубликовано 25 работ, включенных в список литературы, в том числе: 1 монография, 19 тезисов докладов на международных, всесоюзных, республиканских и отраслевых конференциях, семинарах и симпозиумах, 5 статей, 2 авторских свидетельства на изобретение.

Характеристика работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 270 страницах машинописного тек

6.7. Выводы

1) Показано, что разработанная методология математического моделирования и проектирования охватывает все основные типы узлов и блоков систем авионики.

2) Показано, что алгоритмическое обеспечение бортовых ЭВМ строится по принципам, исследованным в диссертации; для исследованных принципов построения программного обеспечения разработаны методы его математического моделирования.

3) Показано, что исходными данными для моделирования как технических средств, так и программного обеспечения являются паспортные данные компонентов систем авионики, а результатом проектированиия являются параметры систем, закладываемые в структурные, функциональные схемы и конструкторскую документацию.

4) С использованием разработанной методологии спроектированы, разработаны и внедрены структурные схемы ряда перспективных систем, а также многофункциональный пульт-вычислитель (ПВ) и система самолетовождения и индикации ССИ-80.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

1. На основании исследования основных принципов функционирования измерительно-информационных систем авионики сделан вывод о том, что в основу концепции их моделирования может быть положено такое фундаментальное понятие информатики как энтропия которая должна быть связана с техническими характеристиками моделируемых объектов.

2. Сформулирована концепция моделирования авионики, основанная на математическом (аналитическом) стохастико-временном описании информационных процессов, что позволяет в равной степени учитывать в моделях информационные аспекты процессов, в том числе вопросы информационной точности при алгоритмических преобразованиях, фактор времени и фактор перехода объекта из состояния в состояние.

3. Разработана методологии оценки информативности различных типов сообщений и изменения информативности при различного рода преобразованиях сигналов в авионике.

4. Построена обобщенная модель сенсорной подсистемы, описывающая генерацию и ввод в ЭВМ информации с двух типов датчиков: с аналоговым выходом и с квантованным по уровню выходом; для датчиков с аналоговым выходом получены необходимые условия дискретизации и квантования по уровню, обеспечивающие минимальный шум преобразования; для датчиков с квантованным по уровню выходом показано, что ошибки при вводе информации в ЭВМ обусловлены «соревнованием» между процессами переключения выходных сигналов и средствами ввода данных в ЭВМ.

5. Получены выражения, связывающие параметры средств преобразования сигналов сенсорной подсистемы с информативностью генерируемых сообщения, а также выражение для оценки вычислительных ресурсов, необходимых для переработки поступающей информации.

6. Исследованы стохастнко-временные свойства средств преобразования информации в авионике, показано, что математическим подобием их функционирования является эргодический полумарковский процесс, для которого определены понятия выделенных состояний и получены выражения для временных характеристики переходов из одного выделенного состояния в другое, основанные операциях с полумарковской матрицей.

7. Показано, что наличие прерываний при функционировании бортовых ЭВМ увеличивает среднее время возврата в выделенные состояния полумарковского процесса, описывающего бортовую ЭВМ; оценено количественно увеличение времени.

8. Исследован процесс обработки информации программными средствами, доказано, что программная обработка не увеличивает объемов обрабатываемой информации; получены зависимости для оценки сокращения объемов при программной обработке; сформулировано общее требование к программному обеспечению бортовой ЭВМ, учитывающее ее производительность и пропускную способность канала восприятия оператора.

9. Введено понятие информативного признака сообщения и сделан вывод о том, что задача расчета значений информативных признаков сообщения на основании анализа информации сенсорной подсистемы может рассматриваться как классическая задача распознавания образов, в которой вектор состояния контролируемого объекта относят к одному из множества заранее определенных классов.

10. Получены зависимости для оценки энтропии при динамическом распределении информационных ресурсов средств отображения: общего объема информации, выводимой через зону, средний объем информации и объем информации, если появление каждого типа сообщения является случайным.

11. Проведен сравнительный анализ различных способов кодирования сообщений при комбинированном способе кодирования. Показано, что наилучший результат применения комбинированного способа достигается, если для кодирования информативного признака с наименьшим временем восприятия человеком-оператором применяется наименьшее количество состояний.

12. На основании анализа функционирования типовых узлов и блоков авионики разработана система математических моделей, описывающая информационные и массогабаритные характеристики различных схем сенсорной подсистемы, подсистемы электропитания, бортовой кабельной сети, распространенных интерфейсов при различных дисциплинах обслуживания абонентов.

13. Получены зависимости, связывающие потребные ресурсы бортовой ЭВМ с информационными характеристиками сенсорной подсистемы, и параметрами программного обеспечения, в частности дисциплиной разделения времени между потребителями операционной системой ЭВМ (для простой циклической дисциплины и дисциплины с приоритетами).

14. Предложена методика оценки деятельности человека-оператора, включенного в авионику при получении им сообщений через средства отображения, информативность которых понижена с помощью бортовой ЭВМ. Получены зависимости, позволяющие определить эффективность деятельности и методы, повышающие ее в аварийных ситуациях.

15. Решена задача комплексной оптимизации системы авионики при ее проектировании и предложен метод целенаправленного проектирования систем, заключающийся в разделении проектной задачи на иерархические уровни поиске оптимального проектного решения для каждого уровня с использованием информационных моделей процессов в качестве системы ограничений; с целью уменьшения накапливаемой ошибки проектирования предложено ввести в систему проектирования обратную связь между соседними иерархическими уровнями проектирования.

16. Разработанные концепция и методология проектирования авионики апробированы на решении конкретных проектных задач информационно-измерительных программно-технических комплексов самолетов гражданской авиации.

1. А.С. № 726545. Устройство для отображения цветной информации на экране электронно-лучевой трубки типа «Пенетрон» // Парамонов П.П. и др., 1979.

2. А.С. № 908170. Преобразователь «Фаза-код» //Парамонов и др.,1981.

3. Агафонов В.Н. Сложность алгоритмов и вычислений. Новосибирск: НГУ, 1975.- 146 с.

4. Алексеев Г.И., Мыльников С.П. Программная реализация Петри-машины // Многопроцессорные вычислительные системы и их математическое обеспечение. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1982. - С. 94 - 103.

5. Альянах Н.И. Моделирование вычислительных систем. Л.: Машиностроение, 1988.-222 с.

6. Анализ производительности функционально распределенной вычислительной системы // В.Ф. Гузик, В.Е. Золотовский, С.М. Гушанский, В.Н. Пуховский // Многопроцессорные вычислительные структуры. Вып. 12(ХХ1). Таганрог: ТРТИ, 1990. - С. 56 - 59.

7. Андриянов А.В., Шпак И.И. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и системах. — Минск: Вышэйшая школа, 1987. — 176 с.

8. Артамонов Г.Т., Тюрин В.Д. Топология сетей ЭВМ и многопроцессорных систем. М.: Радио и связь, 1991. - 248 с.

9. Артамонов Г.Т., Тюрин В.Л. Анализ информационно-управляющих систем со случайным интервалом квантования сигналов по времени. — М.: Энергия, 1977. 112 с.

10. Архангельский Б.В., Никитин А.И. Системы оптимизации программ. Киев: Технжа, 1983. - 167 с.

11. Ачасова С.М., Бандман О.Л. Корректность параллельных вычислительных процессов. М.: Наука, 1990. - 252 с.

12. Байцер Б. Микроанализ производительности вычислительных систем. М.: Радио и связь, 1983. - 360 с.

13. Бендат Д.С.Д., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. -М.: Мир, 1989.-540 с.

14. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М.: Наука, 1987. - 318 с.

15. Богачев С.К. Авиационная эргономика. М.: Машиностроение, 1978.-138 с.

16. Богуславский Л.Б., Ляхов А.И. Методы оценки производительности многопроцессорных систем. М.: Наука, 1992. - 213 с.

17. Бойко Е.И. Время реакции человека. М.: Медицина, 1964. — 440 с.

18. Бутаков Е.А., Островский В.И., Фадеев Л.И. Обработка изображений на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1987. - 236 с.

19. Вальковский В.А., Малышкин В.Э. Синтез параллельных программ и систем на вычислительных моделях. Новосибирск: Наука, СО, 1988. - 126 с.

20. Вальковский В.А., Малышкин В.Э. Элементы современного программирования и супер-ЭВМ. Новосибирск: Наука, СО, 1990. - 139 с.

21. Валях Е. Последовательно-параллельные вычисления. М.: Мир, 1985.-456 с.

22. Венда В.Ф. Инженерная психология и синтез систем отображения информации. М.: Машиностроение, 1975. - 395 с.

23. Венда В.Ф. Средства отображения информации. М.: Энергоатом-издат, 1969.-304 с.

24. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1991. - 383 с.

25. Виттих В.А., Цыбатов В.А. Оптимизация бортовых систем сбора и обработки данных. М.: Наука, 1985. - 176 с.

26. Вишенчук И.М., Черкасский Н.В. Алгоритмические операционные устройства и супер-ЭВМ. Киев: Тэхника, 1990. - 196 с.

27. Вычислительные средства комплексированного государственного унитарного предприятия ОКБ «Электроавтоматика» на рубеже 21 века. / Парамонов П.П. и др. «Мир авионики», №4, С-Пб, 1998. - С. 38 - 39.

28. Гельман М.М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 317 с.

29. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. -М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

30. Голд Б., Рейден И. Цифровая обработка сигналов. — М.: Мир, 1973. -367 с.

31. Головкин Б.А. Графовые модели программ с вероятностными параметрами // Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ. 1976. — Вып. 6. - С. 3 - 26.

32. Гольберг JI.M. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1990.-325 с.

33. Горелик A.JL, Бутко Г.И., Белоусов Ю.А. Бортовые вычислительные машины. М.: Машиностроение, 1975. - 204 с.

34. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. JL: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

35. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988. - 488 с.

36. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. М.: Высшая школа, 1989.-320 с.

37. Евневич ЕЛ. Статистический метод синтеза смешанного алгоритма, оптимального по устойчивости // Математические методы построения и анализа алгоритмов. JL: Наука, JI.O, 1990. - С. 49-54.

38. Евреинов Э.В. Однородные вычислительные системы, структуры и среды. -М.: Радио и связь, 1981. 208 с.

39. Евстигнеев В.А. Применение теории графов в программировании. — М.: Наука, 1985.-352 с.

40. Ершов А.П. Введение в теоретическое программирование (беседы о методе). М.: Наука, 1977. - 288 с.

41. Журавлев Г.Е. Модель работы оператора в режиме дизъюнктивного реагирования // Проблемы инженерной психологии. Вып. III. М.: Изд-во АН СССР, 1968.-С. 70-79.

42. Журбенко И.Г., Кожевникова И.А. Стохастическое моделирование процессов. М.: МГУ, 1990. - 146 с.

43. Загляднов И.Ю., Касаткин В.Н. Построение изображений на экране персональной ЭВМ. Киев: Тэхника, 1990. - 116 с.

44. Ивашников А.Д. Моделирование микропроцессорных систем. М.: Энергоатомиздат, 1990.- 141 с.

45. Игнатов В.А. Теория информации и передачи сигналов. М.: Советское радио, 1979. - 280 с.

46. Игнатьев В.М., Ларкин Е.В. Анализ производительности ЭВМ. -Тула: ТулГТУ, 1994. 104 с.

47. Каппелини В, Константинидис А. Дж., Эмилиани П. Цифровые фильтры и их применение М.: Энергоатомиздат, 1983 - 360 с.

48. Касьянов В.И. Оптимизирующие преобразования программ. М.: Наука, 1988.-334 с.

49. Катыс Г.П. Обработка визуальной информации М.: Машиностроение, 1990.-320 с.

50. Коваленко И.Н., Москатов Г.К., Барзилович Е.Ю. Полумарковские процессы в задачах проектирования систем управления летательными аппаратами. — М.: Машиностроение, 1973. 176 с.

51. Коваленко И.Н., Кузнецов А.Ю., Шуренков В.М. Случайные процессы: Справочник. Киев: Наукова думка, 1983. - 388 с.

52. Колесник В.Д., Полтырев Г.Ш. Введение в теорию информации (кодирование источников). Л.: ЛГУ, 1980. - 164 с.

53. Колесник В.Д., Полтырев Г.Ш. Курс теории информации. М.: Наука, 1982.-416 с.

54. Кондратенко Г.С. Прикладные модели управления случайными процессами. М.: Машиностроение, 1993. - 224 с.

55. Корнеев В.В. Архитектура вычислительных систем с программируемой структурой. Новосибирск: Наука, 1985. - 166 с.

56. Королюк B.C., Турбин А.Ф. Полумарковскис процессы и их применения. Киев: Наукова думка, 1976. - 184 с.

57. Кофман М.М., Парамонов П.П., Сабо Ю.И. Методология проектирования перспективных авиационных комплексов бортового оборудования // «Авиакосмическое приборостроение». № 5. - 2003. - С. 2 - 8.

58. Котов В.Е., Сабельфельд В.К. Теория схем программ. М.: Наука, 1991.-247 с.

59. Кочегаров В.А., Фролов Г.А. Проектирование систем распределения информации: Марковские и немарковские модели. — М.: Радио и связь, 1991.-215с.

60. Краус М., Вошни Э. Измерительные информационные системы. — М.: Мир, 1975.-312 с.

61. Кузнецов В.П. Интервальные статистические модели. М.: Радио и связь, 1991.-347 с.

62. Кузьмин И.В., Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования. Киев: Вища школа, 1986. - 360 с.

63. Куликовский Л.Ф., Мотов В.В. Теоретические основы информационных процессов. М.: Высшая школа, 1987. - 248 с.

64. Лазарев И.А. Композиционное проектирование сложных агрегатив-ных систем. М.: Радио и связь, 1986. - 312 с.

65. Ларкин Е.В. Временные характеристики параллельно выполняемых операторов // Алгоритмы и структуры систем обработки информации. Тула: ТулПИ, 1989.-С. 20-26.

66. Ларкин Е.В. К оценке временных характеристик алгоритмов диалога пользователя и ЭВМ в системах коллективного пользования//Алгоритмы и структуры систем обработки информации. Тула: ТулПИ, 1988. - С. 33 - 40.

67. Ларкин Е.В. Моделирование параллельных систем одного клас-са//Известия ТулГУ. Сер.: Математика. Механика. Информатика. Т. 6. Вып. 3. Информатика. Тула: ТулГУ, 2000. - С. 92 - 97.

68. Леонтьев А.Н., Кринчик Е.П. Переработка информации человеком в ситуации выбора // Инженерная психология. М.: МГУ, 1964. - с. 295 - 325.

69. Литвак И.И., Ломов Б.Ф., Соловейчик И.Е. Основы построения аппаратуры отображения в автоматизированных системах. М.: Советское радио, 1975.-353 с.

70. Ляшенко Н.И., Евневич Е.Л. Статистические задачи выбора и синтеза оптимальных алгоритмов // Записки научного семинара ЛОМИ. Т. 166. Л: ЛОМИ, 1988.-С. 72-90.

71. Мамаев В.Я., Парамонов П.П., Есин Ю.Ф. Интеллектуальные датчики в автоматизированных обучающих системах //«Мир авионики». • № 2. ■ 2001.-С. 41 -43.

72. Мазалов В.В., Винниченко Е.В. Моменты остановки и управляемые случайные блуждания. Новосибирск: Наука, СО. - 1992. - 104 с.

73. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. — М.: Мир, 1981.-323 с.

74. Мамиконов А.Г., Кульба В.В. Синтез оптимальных систем обработки данных. М.: Наука, 1986. - 280 с.

75. Марков А.А. Теория алгоритмов // Труды математического института им. В.А. Стеклова АН СССР. 1954. - 375 с.

76. Моделирование и экспериментальное исследование информационного обмена в мультиплексных каналах на основе проводной и волоконно-оптической линии передачи информации. / Парамонов П.П. и др. СПб.: ГИТМО, 2000.-15 с.

77. Методология проектирования перспективных комплексов бортового оборудования гражданской авиации // Парамонов П.П. и др. X Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб.: 2003. - С. 104 - 106.

78. Моделирование систем сбора и обработки данных / В.И. Мановиц-кий и др. М.: Наука, 1983. - 124 с.

79. Моисеева Н.К. Выбор технических решений при создании новых изделий.-М.: Машиностроение, 1980.- 181 с.

80. Норенков И.П., Маничев В.Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры. М.: Высшая школа, 1983.-272 с.

81. Оппенгейм А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. — М.: Связь, 1979.-416 с.

82. Очин Е.Ф. Вычислительные системы обработки изображений. Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 132 с.

83. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. М.: Радио и связь, 1986. - 400 с.

84. Парамонов П.П., Видин Б.В., Шек-Иовсепянц Р.А. Аппаратные средства вычислительной техники современных и перспективных бортовых информационно-управляющих комплексов. // 30-я научно-техническая конференция ГИТМО. С-Пб: ГИТМО, 1999. - С. 103.

85. Парамонов П.П., Белов И.А., Сизиков B.C. Применение метода регуляции для коррекции искаженных изображений в измерительных системах // «Датчики и системы». № 8. - 2001. - С. 20 - 23.

86. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф. Обучающие аппаратно-программные комплексы новых поколений. // 30-я научно-техническая конференция ГИТМО. С-Пб: ГИТМО, 1999. - С. 103.

87. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф., Мамаев В.Я. Новые информационные технологии в навигационных стендах и тренажерах // Научно-техническая конференция Центра подготовки космонавтов. М.: РГ НИИ ЦПК, 1996. - С. 14 -15.

88. Парамонов П.П., Есин Ю.Ф., Фильчаков В.В. Система автоматизированного проектирования для разработки программного обеспечения тренажеров (ПТ-CASE) // Научно-техническая конференция Центра подготовки космонавтов. М.: РГ НИИ ЦПК, 1996. - С. 15 - 16.

89. Парамонов П.П., Ильченко Ю.А., Жаринов И.О. Теория и практика статистического анализа картографических изображений в системах навигации пилотируемых летательных аппаратов // «Датчики и системы». № 8.- 2001. -С. 15-19.

90. Парамонов П.П. К вопросу оценки объемов информации, вводимой в бортовую цифровую вычислительную машину // Гироскопия и навигация. -С-Пб: ЦНИИ Электроприбор, 2002. № 4 (39). - С. 71 - 72.

91. Парамонов П.П. Об одном случае ввода в ЭВМ сигналов, квантованных по уровню // «Известия вузов. Приборострение». № 5. - 2002. - С. 14 -21.

92. Парамонов П.П. Организация разработки и производства аппаратуры для авиационных бортовых вычислительных комплексов автоматизации управления JIA // Датчики и системы. -№ 11.- 2002. С. 64 - 67.

93. Парамонов П.П. Основы проектирования авионики. Тула: ТулГУ, 2003. - 164 с.

94. Парамонов П.П. Проектирование систем авионики с использованием информационных моделей // Известия Тульского государственного университета. Сер. Проблемы специального машиностроения. Вып. 5. Ч. 2. Тула: ТулГУ, 2002.-С. 14-18.

95. Парамонов П.П., Рахматов М.Т., Юраков B.C. Генератор периодических сигналов специальной формы // Научное приборостроение. РАН. - Т. 6 -№2. - 1996. -С.257 -259.

96. Парамонов П.П., Сабо Ю.И., Суслов В.Д. Интеграция основная тенденция в развитии авионики И Приборы и приборные системы. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Тула: ТулГУ, 2001. - С. 41 -43.

97. Парамонов П.П., Сабо Ю.И., Копорский Н.С. Некоторые аспекты интеграции бортового оборудования эргатических систем летательных аппаратов И 30-я научно-техническая конференция ГИТМО. С-Пб: ГИТМО, 1999. -С. 103.

98. Парамонов П.П., Смирнов А.В., Таранов Г.В. Входной экспресс-контроль интегральных микросхем // Физические методы диагностирования в задачах управления качеством и надежностью. Киев: ИПУ АН УССР, 1985. С. 34 - 36.

99. Подловченко Р.И. Недетерминированные схемы алгоритмов // ДАН СССР. 1973. - № 4. - С. 97 - 104.

100. Парамонов П.П., Шалобаев Е.В. Механизмы вывода бортовых оперативно-советующих систем- Санкт-Петербург: ГИТМО (ТУ), 2002. 27 с.

101. Парамонов П.П. Способ ввода в ЭВМ квантованных по уровню сигналов-Санкт-Петербург: ГИТМО (ТУ), 2002. 14 с.

102. Парамонов П.П. Исследование межсистемного информационного обмена цифровым последовательным кодом с использованием аппаратно-программных средств имитации и контроля. СПб.: ГИТМО (ТУ). - 2001. - 16 с.

103. Пронин Е.Г., Могуева О.В. Проектирование бортовых систем обмена информации. М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.

104. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника. М.: Радио и связь, 1990.-528 с.

105. Рабинер J1. Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. - 841 с.

106. Розанов Ю.А. Стационарные случайные процессы. М.: Наука, 1990.-271 с.

107. Рылевский Г.И. Анализ и оптимизация систем управления пилотируемых летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1981. - 200 с.

108. Сигнаевский В.А., Коган Я.А. Методы оценки быстродействия вычислительных систем. М.: Наука, 1991. - 256 с.

109. Сильвестров Д.С. Полумарковские процессы с дискретным множеством состояний. М.: Сов. радио, 1980. - 272 с.

110. Скорик В.И., Степанов А.Е., Хорошко В.А. Мультипроцессорные системы. Киев: Техшка, 1989. - 189 с.

111. Современное состояние и перспективы развития автоматизации процесса обучения (на примере навигационного тренажера штурмана IV поколения) // Аэрокосмические приборные технологии: Международный симпозиум. СПб.: ГУАП, 2002. - С. 48.

112. Справочник по устройствам цифровой обработки информации // Н.А. Виноградов, В.Н. Яковлев, В.В. Воскресенский и др. К.: Технжа, 1988. — 415 с.

113. Трауб Д.Ф., Васильковский Г., Вожьняковский X. Информация, неопределенность, сложность. — М.: Мир, 1988. 183 с.

114. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем. — М.: Мир, 1981.-576 с.

115. Хоар Ч. Взаимодействующие последовательные процессы. — М.: Мир, 1989.-264 с.

116. Хромов Л.И., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика. Передача и компьютерная обработка видеоинформации.- М.: Машиностроение, 1990.-320 с.

117. Цвиркун А.Д. Основы синтеза структуры сложных систем. — М.: Наука, 1982.-200 с.

118. Цифровая вычислительная техника // Ред. Э.В. Евреинова. — М.: Радио и связь, 1991.- 463 с.

119. Шевченко A.M., Мамедли Э.М., Струков Ю.П. Бортовые вычислительные комплексы// Итоги науки и техники. Авиастроение. Т. 6. - М.: ВИНИТИ АН СССР, 1978. - 239 с.

120. Ширяев А.Н. Вероятность. М.: Наука, 1989. - 576 с.

121. Янов Ю.И. О логических схемах алгоритмов // Проблемы кибернетики. Вып. 1. М.: Физматгиз, 1958. - С. 75 - 127.

122. Ярлыков М.С., Миронов М.А. Марковская теория оценивания случайных процессов. М.: Радио и связь, 1993. - 460 с.

123. Шек-Иовсепянц Р.А., Парамонов П.П., Сабо Ю.И. Авионика на рубеже тысячелетий // «Мир авионики». № 1 - 2. - 2000. - С. 45 - 49.

124. Agerwala Т. A complete model for representing the coordination of asynchronous processes // Hopkins Computer Researche: Report № 32, Computer Science Program. Baltimore, Mariland: John Hopkins University, 1974. - P. 58.

125. Agrawal D.P., Mahgoub I.O. Analysis of cluster-based multiprocessor systems // Information Sciences. 1985. - V. 43. - Pp. 85 - 105.

126. Athreya K.B., McDonald D., Ney P.E. Limit theorems for semi-Marcov processes and renewal theory for Marcov chains // Annual Probabilities. 1978. — № 5.-Pp. 788-797.

127. Borodin A.B. Computational complexity: theory and practice // Currents in the theory of computing. New York: Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1973. — Pp. 35 - 89.

128. Boyse J.W., Warn D.R. A strightforward model for computer performance prediction // Computer Survey. 1975. - № 7. - Pp. 73 - 93.

129. Chandy K.M., Mistra J. Asynchronous distributed simulation via a sequence of parallel computations // Communications of the ACM. 1981. - № 4. — Pp. 198-205.

130. Coffman E.G., Muntz R.R., Trotter H. Waiting time distributions for processor sharing systems // Journal of ACM. 1970. - V. 17, № 1. - Pp. 123 - 130.

131. Cook S.A. A hierarchy for non-deterministic time complexity // Journal of Computer and Systems Science. 1973. - № 4. — Pp. 343 - 353.

132. Di R.M. The command and telemetry systems San Marco D/L spacecraft // Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron. Conf. (NAECON). N.Y., 1983. - Pp. 533-538.

133. Filman R.E., Friedman D.P. Coordinated Computing, Tools and techniques for Distributed Software. N.Y.: McGraw-Hill, 1984, - 370 p.

134. Floid R.W. Non-deterministic algorithms // Journal of ACM. 1967. -№ 4. - Pp. 636 - 644.

135. Foo S., Musgrave G. Comparison of graph models for parallel computation and their extension // Proceedings of the 1975 International Symposium on

136. Computer Hardware Description Languages and Their Applications. New York: IEEE, 1975. - Pp.16 - 22.

137. Gil J., Werman M. Computing 2-D min, median and max filters. // IEEE Trans. Pattern Anal, and Mach. Intel., 15, 1993. - P. 117 - 126.

138. Gilbert P., Chandler W. Interference between communicating processes //Communications of the ACM. 1972. -№ 3. - Pp. 171 - 176.

139. Hecht J. Phisical limits of computing // Computer in physics. 1989. -№5.-Pp. 34-40.

140. Heidelberger P., Lavenberg S.S. Computer performance evaluation methodology // IEEE Transactions on Computers. 1984. - V. 33. № 12. - Pp. 1195 -1220.

141. Holliday M.A., Vernon M.K. Exact performance estimates for multiprocessor memory and bus interference // IEEE Transactions on Computers. 1987. -V. 31, № 1. - Pp. 76 - 85.

142. Knessl C., Matkowsky B.J., Schuss Z., Tier C. Asymptotic expansion for a closed multiple access system // SI AM Journal of computer. 1987. - V. 16, № 2. -Pp. 278-398.

143. Lewis P.A.V., Yue P.C. Statistical analysis of series of events in computer systems // Statistical Computer Performance evaluation. — N. Y.: Academic Press, 1972.-P. 265-280.

144. Merlin P. A methodology for the design and implementation of communication protocols // IEEE Transactions on Communications. 1976. - № 6. — Pp. 614-621.

145. Mitra D. Probabilistic models and asymptotic results for concurrent processing with exclusive and non-exclusive locks // SIAM Journal of Computers. -1985.-V. 14. №4.-Pp. 1030- 1051.

146. Mitra D. Weinberger P.J. Probabilistic models of database locking: Solutions, computational algorithms and asymptotics // Journal of ACM. 1984. - V. 31. №4.-Pp. 855-878.

147. Morrison J.A. Asymptotic analysis of the waiting-time distribution for a large closed processor-sharing system // SIAM Journal of Applied Mathematics. -1986.-V. 46, № 1.-Pp.140 170.

148. Mudge T.N., Al-Sadoun H.B. A semi-Markov model for the performance of multiple-bus systems // IEEE Transactions on Computers. 1985. - V. 34. №10.-Pp. 934-942.

149. Negrini R.M., Sami M. Some properties derived from structural analysis of program graph models // IEEE Transactions on Software Engeneering. 1983. -Vol. SE-9(2). - Pp. 172- 178.

150. Pase D.M., Larrabee A.R. Intel iPSC concurrent computer // Programming Parallel Processors. N. Y.: Addison-Wesley, 1988. - Pp. 93 - 105.

151. Savitch W.J. Relationship between non-deterministic and deterministic tape complexities // Journal of Computer and System Science. 1970. - № 2. - Pp. 177 - 192.

152. Schlude F. European sensors on the Space Shuttle // Proc. Int. Geosci-ence and Remote Sensors Simp. (IGARSS-81). Wash., 1981. - Vol. 2. - Pp. 898 -906.

153. Schneidewind N.F. Application of program graphs and complexity analysis to software development and testing // IEEE Transactions on reliability. 1979. - Vol. R-28(3). - Pp. 192 - 198.

154. Scott S., Cavin J. Single chip bus interface unit ears MTL-STD-1533B remote terminal bus controller // Proc. IEEE nat. Aerospace and Electron Conf. (NAECON). — N.Y., 1983, 1983. Pp. 468 - 471.

155. Seitz C.L. Multicomputers: Developments in Concurrency and Communication. N. Y.: Addison-Wesley, 1990. - Pp. 131 - 200.

156. Seitz C.L., Matisoo J. Engeneering limitations on computer performance // Physics Today. 1984. - № 5. - Pp. 38 - 45.

157. Shannon C.E. A mathematical theory of communications // Bell Syst. Tech. J. 1948. - № 27 (Jul.). Pp. 398 - 403.

158. Silveron S. Image processing // Comput. Des. 1995. - № 10. - Pp. 137

159. Singh D.B. Faster implementation of window based filters for machine vision // Proc. Conf. Appl. Phis. Sci. № 7. Bombay, 1992. - Pp. 1 - 7.

160. Software testing and evaluation // R.A. DeMillo, W.M. Mc-Cracken, R.J. Martin, J.F. Passafiume. Menlo Park, California: The Bendjamin/Cummings Publishing Company, Inc., 1987. - 537 p.

161. Traub J.F., Wozniakowski H. A general theory of optimal algorithms. -N. Y.: Academic press. 1980. - 258 p.

162. Tsutsui S., Fujimoto J. Deadlock Prevention in Process Control Computer System // Computer Journal. 1987. - Vol. 30, №1. - Pp. 20 - 26.

163. Welford A.T. On the human demands of automation, mental work, conceptual model, satisfaction and training // Proc. of the XIV intern. Congr. of applied psycholg. Copenhagen, 1961. - V.5.

164. Wilent C.E. Directions in avionic data distribution systems // Proc. of 5th IEAA/AIAA Digital avionics System conf. Seattle, 1983. - Pp. 12.6.1 - 12.6.6.

165. Wise A. Decision theory and design methodology // Design methods and theories.-1981.-Vol. 15, №3.- Pp. 91 104.