автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методы и средства построения бортовых специализированных многофункциональных экранных индикаторов систем управления летательных аппаратов

Г 5 ОД Государственный комитет Российской Федерации

по высшему образованию : ■ М КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

На правах рукописи

ШАРНИН Леонид Михайлович

УДК 681.142.35

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОСТРОЕНИЯ БОРТОВЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭКРАННЫХ ИНДИКАТОРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Специальности: 05.13.05 - элементы и устройства вьршслителыгой техники и систем управлетпм;

05.13.14 - системы обработки информации и упражнения

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени доктора технических наук

Казань 1994

Работа выполнена в Казанском государственном технш университете им.А.Н.Туполева

Официальные оппоненты: Доктор технических наук А.В.ЗАПОРОЖЕЦ Доктор физико-математических наук А.И.КОЗЛОВ Доктор технических наук Г.И.ИЛЬИН

Ведущее предприятие:

Научно-исследовательский институт авиационного оборудова

Защита состоится _199 Ц г. в ю

на заседании специализированного совета по адресу: 42011 г.Казань, ул.К.Маркса, 10, КГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке унив ситета.

Автореферат разослан " 30 " ма<Л_

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Р.Т.Сиразетдинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсификация воздушного движения, обеспечение регулярности полетов, снижение затрат на эксплуатации и обслуживание авиатехники сопровождается требованиями к обеспечению безопасности полетов, являющейся важной государственной задачей. Важность задачи возрастает в связи с дальнейшим усложнением авиационной техники, расширением ее функциональных задач, интенсификацией труда летного и инженерно-технического состава, повышением роли людей, эксплуатирующих и обслуживающих современные летательные аппараты.

При современном уровне развития науки и техники имеются совершенные методы расчета систем управления, широкий выбор технических средств, позволяющих, в принципе, сконструировать и осуществить систему управления сложными процессами с очень высоким уровнем автоматизации. Однако, как показывают исследования и практика, полная автоматизация приводит к чрезмерному усложнению системы контроля и управления, увеличению ее размеров н веса, снижению надежности ее работы, удорожанию системы в целом. Таким образом, полное исключение человека из процесса управления должно быть достаточно обоснованным и может быть целесообразно для • относительно простых систем управления.

При разработке сложных систем, включающих в цепь управления человека-оператора, проектировщики должны учитывать все сложные взаимосвязи, которые складываются в реальных условиях между техническими звеньями и оператором в процессе их совместной работы по управлению системой, и, кроме того, должны заботиться не только о повышении эффективности и надежности работы отдельных звеньев системы, но и о том, чтобы повысить удобство работы человека-опе -ратора. На основании этого должна быть так построена система представления информации оператору и система управления в целом, так распределены функции между оператором и автоматическими устройствами, чтобы были достигнуты наивысшая эффективность и надежность работы системы в целом и человека-оператора в частности. Для этого системы представления информации оператору должны отвечать следующим основным требованиям.

Во-первых, системы отображения информации (СОИ) должны обеспечить индикацию большого числа параметров одновременно на минимальной площади. При этом следует подчеркнуть необходимость наглядной формы такой индикации. ^

Во-вторых, устройство отображения информации должно быть ) определенной степени универсальным:

- воспроизведение на одном и том жа индикаторе информации различного характера (измерительной,справочной,сюжетной и т.д.!

- обеспечение одновременного, частичного или по вызову ош ратора отображения этой информации на любом этапе полета.

С ростом сложности систем обработки и отображения графиче< кой информации и масштабов применения таких систем возрастает важность и актуальность вопросов проектирования в рамках проблемно-ориентированного подхода, в частности, вопросов оптимизации структуры управления с участием оператора, эффективность и( пользования ресурсов вычислительного комплекса, согласование т формационных, временных и точностных характеристик процессов сбора, обработки и отображения данных с учетом инженерно-психологических характеристик человека-оператора.

Реализации такого подхода при проектировании систем отобр; жения информации препятствуют: недостаточность теоретических ре работок проектирования проблемно-ориентированных СОИ.отсутств) обоснованных методик анализа и оценок разрабатываемого комплею недостаточность разработанных методов и алгоритмов представлен] и кодирования различных параметров объекта управления.

Таким образом, решение этих вопросов является важной и . туальной проблемой.

Цель работы и задачи исследования.Целью работы является р> шение важной научно-технической проблемы обеспечения оптимальн го взаимодействия летчика и ЛА путем теоретического обобщения ; создания новых эффективных методов и средств построения бортовых специализированных экранных индикаторов систем управления .

При создании систем индикации необходимо решить ряд сложн научно-технических задач, важнейшими из которых являются:

- разработка теоретических основ построения оптимальных универсальных систем индикации параметров динамического состоя ния объекта;

- разработка научно обоснованных способов кодирования и представление информации с учетом характеристик оператора;

- разработка методов построения и аппаратуры многофункцио нальных систем индикации с учетом специфики их использования н ЛА;

- оценка эффективности разработанных многофункциональных (

Методы исследования. При решении поставленных задач исполь-лись методы системного анализа, теории массового обслужива-

методы анализа алгоритмов, методы статистической теории ин-ации и теории кодирования, теории множеств и теории графов.

Научную новизну диссертации представляют следующие основные льтаты, которые выносятся на защиту:

1. Решена важная научно-техническая проблема построения бор-х экранных индикаторов на основе системного подхода, теорети-ого обобщения эргономических исследований на моделирующих дах. Показано, что для эффективного решения проблемы визуали-и полетной информации необходимо создание бортовых специали-ванных многофункциональных экранных индикаторов, обеспечиваи-унификацию приборного оборудования, снижение напряженности :ика и повышение безопасности полетов.

2. Разработана информационная модель процессов, протекающих юрту ЛА и проведен комплекс эргономических исследований ме->м полунатурного моделирования, включающий разработку методик, ¡лей и создание аппаратурно-програмыных средств автоматизации >номических исследований. Экспериментально установлено, что ¡ктивность управления ЛА с участием человека определяется ви-индикационных картин, характеризующих состояние объекта в ъном масштабе времени. Получены научно обоснованные рекомен-м по компоновке индикационных картин для бортовых издикато-

3. Созданы теоретические основы проектирования многофункцио->ных экранных индикаторов. Показано, что для синтеза динами -:ого изображения целесообразно аппаратно создавать микропро-¡орные генераторы, обеспечивающие аффинные преобразования в [ъкоы масштабе времени и требуемые габаритно-весовые характерен.

4. Разработаны методы синтеза изображений и средств автома-щии эргономических исследований, сокращающие сроки проведе-наземных исследований.

5. Установлено, что разработанные методы синтеза изображе-успешно реализуются в системах индикации для управления подыми аппаратами при проведении геологических исследований помоста дна морей и океанов, при осмотре пирсов, трубопроводов

Практическая ценность. Задачи, рассмотренные в диссертги сформулированы исходя из практической потребности разработки ранных индикаторов на борту новых отечественных ЛА ТУ-204 ИЛ-96/300.

Работа вьшолнена в рамках совместных НИР, проводимых Ка скии техническим университетом им.А.Н.Туполева с предприятия) МАП, СОКБ ЛИИ, ЛИИ, ЛШП (г.Ульяновск), НИИ АО (г.Щуковский) ИКАМ, ШЭА, ИШ1 (г.Шсква).

Работа выполнялась по решению'комиссии ВПВ и СМ СССР п< программам "Реальность", "Авангард", "Рать", "Полет" и др.

Основным практическим результатом работы является созда! научно обоснованной методики анализа выбора оптимальной стру; ры и метода построения СОИ в рамках проблемно-ориентированно; подхода.

Эта методика использована при проектировании ряда конкр1 ных систем отображения информации: индикатора обстановки, пи, тажно-навигациояного цветного индикатора, контрольно-измерите ной системы сигнализации, индикаторов обобщенной пилотажной у формации и др.

Основные результаты, полученные в работе, доведены до у; кя расчетных формул, алгоритмов и методик, что облегчает их пользование в практике проектирования бортовых систем отобра ния информации.

Внедрение результатов работы на различных предприятиях дало экономический эффект около I млн,руб. Соответствующие а внедрения и использования результатов приведены в приложении

Реализация результатов работы. Разработанные методы и а ритмы синтеза графических изображений использованы при выпол нии ОКР по созданию опытного образца многофункционального ди ного процессора в Ульяновском конструкторском бюро приборост ния (УКШ).

Результаты получены в рамках хоздоговоров между КГТУ и при выполнении НИР: "Разработка методики проектирования и по роения графической системы для индикации быстропротекающих цессов" ( № ГР Ф-20596, инв.» 50455), "Многофункциональ дисплейный процессор на базе Ш 386-5Х.".

После ¡совместной настройки и модификации дисплейного пр

i была изготовлена в УКБП опытная партия бортовых многофунк-*альных индикаторов ИМ-2.

Другим важным направлением реализации результатов исследова-диссертационной работы является создание аппаратно-программных цств наземных моделирующих стендов, обеспечивающих комплексные эномические исследования экранных индикаторов на различных ре-. ах полета ЛА.

По результатам совместных эргономических исследований в НИИ ационного оборудования (г.Куковский) на стендах "Электроника" Символ" выданы научно обоснованные рекомендации на проектиро-ле бортовых серийных индикаторов ИМ-3, предназначенных для шцения ТУ-204 и ИЛ-96/300.

Результаты получены при выполнении хоздоговорных НИР:"Раз -этка программно-аппаратных средств сопряжения подсистем сбора ормации на базе ПЭВМ IBM PC/AT" ( № ГР $-35120), "Систе-сбора и обработки информационных потоков экранной индикации ких ЛА" (инз.Я® 6595, ОС-4209), "Интегрированная инструменталь-система программирования индикационных картин ЛА" ( № ГР 5120).

Результаты работы использованы также в системах индикации подводных аппаратов, создаваемых в НИПИокеангеофизика (г.Ге-даик) по программе "Мировой океан". По результатам НИР:«Сис-а отображения информации пульта управления комплекса "Радуга"^ ; № ГР У69885, hhb.F Г26570) и принято решение об изготовле-опытной партии графической платы индикации телеуправляемого водного аппарата РТМ-500.

В настоящее время результаты работы используются в поста-се курса лекций по дисциплине "Средства взаимодействия че-эка с вычислительными системами" для специальности 22.02 -энер-системотвхния, а также в курсовом и дипломном проекти-ании.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладыва-ь и обсуждались на ряде конференций и совещаний:

- на конференции НТО "Приборпром" "Автоматизация контроля и детва отображения в сложных системах", г.Москва, 1973г.;

- на семинаре "Устройства оперативного взаимодействия и бражения информации", г.Москва, ВДНТП, 1973г.;

- на I Всесоюзной конференции "Авиационная эргономика безопасность полетов", г.Киев, 1974г.;

- на конференции по радиотехнике и электронике Татар.об правления НТО РЭС им.А.С.Попова, Казань, 1975г.;

- на Всесоюзном семинаре "Перспективы развития средст радиотехнического обеспечения полетов в гражданской авиации" г.Киев, 1976г.;

- йа Всесоюзной конференции "Робототехника? г.Каунас,19

- на Всесоюзной школе молодых ученых "Свет и музыка" , г.Казань, 1979г.;

- на Всесоюзной конференции "Теория и практика имитацио ного моделирования и создания тренажеров", г.Пенза, 1988г.;

- на зональной конференции "Обработка информации в авто зированных системах научных исследований", г.Пенза, 1989г.;

- на межведомственном координационном Совете по средств отображения информации в секции "Математическое и информаци ное обеспечение СОИ", г.Москва, ВИШ, 1989г.;

- в Московском институте инженеров гражданской авиации г.Москва, 1989г.;

- в научно-исследовательском институте авиационного обо дования, г.%ковский, 1983-1989 гг.

- на ежегодных научно-технических и научно-методических конференциях в КГТУ, 1975-92гг.

Некоторые образцы экранных индикаторов», изготовленные непосредственном участии.и под руководством автора, демонетри вались в павильонах ВДНХ .("Воздушный транспорт","Народное об зование", "Труд и отдых") - б раз.

Автор награжден I серебряной и 2 бронзовыми медалями В,

СССР.

Экспонаты "Индикатор обобщенной пилотажной информации О и "Индикатор контроля основных параметров авиационного двига демонстрировались на б международных выставках в Канаде» США Болгарии, Германии, Фракции, Италии»

Структура и объем диссертации« Диссертационная работа с тоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, при ния, включающего дополнительные материалы, акты внедрения и пользования результатов исследований.

Работа содержит 255 ' страниц текста, 122 рисунка и ил

*й, 17 таблиц, список литературы включает 159 наименова-

Публикации. По теме диссертации опубликовано 64 печатных ра-а: 25 статей, включая 10 авторских свидетельств, 27 тезисов ладов на различных конференциях и 12 отчетов по НИР.

В первой главе рассматривается состояние проблемы, тенденции вития бортового оборудования и постановка задачи исследования.

Значение приборной индикации для обеспечения надежности уп-ления современными самолетами не вызывает сомнений. Без прибо-, дающих четкую и бесперебойную информацию о параметрах полета, озможен полет ночью и в сложных метеорологических условиях, боры должны обеспечивать летчика такой информацией, которую он бы быстро и легко воспринять и переработать при дефиците мени.

Рассматриваются эргономические основы построения системы авления летательными аппаратами. Как бы хорошо ни была спроек-ована система автоматического управления, как бы ни были высо-гибкость и производительность бортовых вычислителей и других ройств переработки информации,, лишь человеку присущи дар пред-,ения событий на основе анализа, способность принимать решения ¡лакировать действия в условиях резкой нехватки информации , тоянно и произвольно меняющейся ситуации. Это особенно характер-для условий работы на ЛА, где целесообразно использовать авто-'изированные системы управления, в которых центральное место от-;ится человеку.

Изучена тенденция развития бортовых средств индикации и вы-;нен анализ существующих (классических) приборных панелей, пред-шляющих собой набор различных электромеханических индикато -), служащих для дискретного получения сведений о высоте, снорос-или курсе полета. При этом технология их использования прин-шально исключает сочетание инструментальной и визуальной потной информации. Для того чтобы на основе отдельных параметров фмировать так называемую информационную модель самолета, с етщью которой ведется приборное пилотирование, требуется •значи-хьное время.

При полете по приборам среднее количество переносов взгляда тавляет 96 движений в минуту,т.е. каждые 2 секунды летчик конт-тирует 3 прибора, на отдельных участках интенсивность перемеще-

7

ния взгляда достигает 150 и даже 200 движений в минуту. Эти ные количественно характеризуют интенсивность работы летчика личину дефицита времени. Отметим также, что показания прибор не могут быть сняты с безукоризненной точностью.

Мерой качества бортовой системы отображения информации служить общее время, затрачиваемое летчиком в полете на конт режимов по приборам: ^

1 -^i-nL+tSi-ni * te, где к - количество контролируемых приборов; ti - время,н ходиыое для оценки показаний приборов; ГЦ - периодичность к роля; ti- время, необходимое для перевода взгляда на данны прибор;' i.с - спонтанная отвлекаемость оператора.

Для оператора большое значение имеет не только количест но и ценность информации. Количество информации - всегда пол тельная величина. Ценность информации может быть и в извести случаях должна считаться отрицательной (например, если прибо казывает правый крен при фактическом положении самолета в ле крене).

Ценность информации можно определить как приращение вер ности достижения цели, для которой собирается информация.

Как известно, в сложных ситуациях сильнее сказывается ф дефицита времени. Число задач, решаемых пилотом, непрерывно личивается. В результате нарушается выработанный динамически стереотип, возможно появление психофизиологических срывов и никновение стрессовых ситуаций. В этих условиях проблема усо шенствования индикационных устройств приобретает все большее чение, такие • улучшения, как изменения в оформлении лицевых тей приборов, комбинирование нескольких приборов в один, их циональнан компоновка , уже не решают проблемы.Требуется кар, но изменить: принцип подачи информации, приблизив индикаци отображение к той картине, которую воспринимает пилот в визу полете. Таким образом, необходимо компоновать бортовые пульт . равления и контроля многофункциональными экранными индикатор позволяющими обеспечить контроль всех бортовых систем и отоб параметры в наиболее удобной для оператора форме. Бортовые в лители должны разгрузить экипаж от выполнения рутинных опера по обзору, сопоставления показаний сотен приборов, отфильтро ненужную в данный момент информацию. Решение такой задачи тр 8

эльзования на борту цветных графических систем экранной инди-ии (СЭИ).

При проектировании СЭЙ возникает комплекс достаточно сложных азнородных эргономических,алгоритмических и технических вопро-. Сформулируем задачу разработки СЭИ с участием человека в туре управления JIA: свести к минимуму априорную неопределен -ть ситуации при принятии самых ответственных решений в уп-лении ЛА.

При проектировании СЭИ критериями оптимизации выбираются Tu,. - время цикла перехода ЛА из исходного состояния в заданное Н - число приведенных корпусов интегральных микросхем, однозначно определяющих массогабаритные характеристики различных разработок. В общем случае задача проектирования экранной индикации застоя:

Ти.--Ф(Э(2), V(n) , £(?) min, .н ~ Ф'( Эсн), v(2), а(2) —min ?

(Zi) Ь dgonj ,

>/ Vqon.j, _

внешними характеристиками являются:

эргономические характеристики СЭИ; производительность технических средств системы; точность преобразования и отображения измерительной J информации.

Задача формулируется следующим образом: необходимо определить ¡сир значения вектора параметров Z , которые могут варьиро -гься в процессе оптимизации, находясь в граничных условиях

^ De , удовлетворяли бы заданным ограничениям внешних рактеристик и при этом придавали бы целевым функциям 7ч t ^ комые оптимальные значения. _

Учитывая, что критерии оптимизации от TL "имеют противоре-зые значения, совместное решение дает множество эффективных (в

смысле Парето )векторов 1 , а окончательный выбор осуществл лицо, принимающее решение.

Таким образом, при выявлении особенностей функционировал и решения задач проектирования бортовых систем индикации необ: димо учитывать технические характеристики элементов системы, также эргономические характеристики человека, имеющие непосре, венное отношение к эффективности системы управления в целом.

Вторая глава посвящена системному анализу проектирования ранной индикации.

Используя принцип декомпозиции проблемы,выделяют основ; этапы и уровни проектирования систем экранной индикации. Проц разработки подсистемы формирования изображений (дисплейный п] цессор) на экранных индикаторах включает этапы: образование множества конкурентоспособных • вариантов £4 для заданного уровня проектирования ; выбор искомого решения помощью построения вектора Т

для которого С. V". з 1

& ^ еН? '{524; п],

где - подмножество компонентов,необходимое для образовш

Г Г

*- с »

- подмножество детерминированных связей, необходимых дл; образования £¿ ;

ф* - функционал, определяющий допустимую комбинацию компоне1

и связей между ними; Ц* - множество характеристик выбранного варианта объекта пр< тирования;

- множество технических характеристик, заданных техничеа заданием;

- совокупность показателей качества выбранного варианта;

совокупности показателей качества вариантов

Процесс образования £1 будем представлять в виде дерев! которое будем называть графом возможных решений (ГВР).

Основой для построения ГВР структурного уровня служит и! мация о структурных блоках СЭИ О. из системы исходных дант а также конкретные требования, имеющиеся в ТЗ. 10

Исходной точкой графа ( /.о) является выбранное по ТЗ ка-:твенное представление о проектируемой СЭИ к15 » которое об-зует соответствующее множество свернутых графов состояний С?5 ровень 1.1 )

з б - общее множество графов в системе исходных данных.

Каждому элементу д б множества Срз соответствует мно-зтво обобщенных структурных схем (уровень /-г графа)

е £ - общее множество обобщенных структурных схем в СИД.

На уровне I Ъ графа расположено множество £ полных струк-рных схем состояния из элементов 'ЗГ (конкретные варианты пол-х структурных схем СЭИ, полученные прямым перебором вариантов лньк структурных схем блоков из СИД с учетом связей в Еыбран-И обобщенной структурной схеме 55 ):

божества , являются переходными множествами пред -авления СЭИ на соответствующих стадиях разработки, а £? яв-ется множеством конкурентоспособных вариантов

СЭИ ( Е ),

скольку качественное представление СЭИ выбирается на основании иных ТЗ из соответствующего переходного множества К по един-венному показателю Л. ~ 3 , то при построении ГВР это мно -ство вырождается в один элемент Кб.

Разработана"информационная модель человеко-машинного комп -кса "самолет- летчик - окружающая среда", где в качестве ос-вного связующего звена выступает подсистема экранной индикации человеком, зключая и исполнительные органы ручного управления.

Модель строится на основе выделения системных вопросов, ин-рмационного обеспечения, технических, программных и экономичес-

. II

кик характеристик для всех компонентов системы. Такой подход п зволяет с единых позиций провести системный анализ информацион - ных процессов на борту ЛА, включая и человека-оператора.

Выберем критерии оценки функционирования бортовой системы управления" с участием человека: время цикла регулирования Ти, технико-экономические затраты И .

В общем виде время цикла регулирования зависит от времени задержек во всех машинных звеньях системы ¿м и суммарного времени, затрачиваемого человеком к т: для восприятия информ ции, принятия решения и выполнения силовой отработки:

п т __т---

Ти, ~Т к™г , ,

П - количество машинных звеньев или подсистем общей систем управления;

подсистема сбора и обработки первичной информации -Тс\ подсистема хранения - Тлам» подсистема обработки -То5 , подсистема формирования изображения - Тф ; П) - количество этапов обработки информации, связанное с че веком.

Разработанная математическая модель доведена до расчетных соотношений, позволяющих знать технические параметры (быстроде ствие, емкости запоминающих устройств, объемы массивов вводимо и выводимой информации, число приведенных машинных операций и т.д.),рассчитать временные затраты цикла регулирования.

При проектировании обычно решается обратная задача: зада! как ограничения, допустимое время цикла регулирования,определя требования на основные технико-экономические параметры блок и звеньев проектируемой системы. Сложность разработки можно ои нить как по числу корпусов ИМС, по массе, по мощности потребле так и по общей стоимости. Наиболее полную оценку сложности струг ной реализации И предлагается определять количеством инфорь ции, вносимой разработчиком при создании схемы. Количество вне мой информации в битах можно оценить энтропией Нгг получения структурной схемы системы

Л 5 - общее число структурных блоков;

Н1 - энтропия, определяемая по совокупности устройств, из ! торых строится схема, блоки I -го типа (множество

и по общей совокупности блоков, из которых строятся полные структурные схемы всей системы - И о ; ¡2. - энтропия, определяемая по совокупности связей между устройствами блоков £ в множестве £Ус} для блока I -го типа. Величины Н/ и ^ 2. вычисляются по формулам

н а = Р г (рс - 0 - г (п У ¿¿, £ ) !),

• К - общее число устройств в { Ур$ ; т - число типов устройств В Ь/ о ;

- общее число выводов устройств в 1 Ус / ; а - номер последовательности идентичных устройств блоков ^ {Ус} ;

/(Л^)- число устройств, используемых для построения блоков в

-й последовательности £ - число последовательностей идентичных устройств, используемых для построения блоков в £ Ус} . Для нахождения Н/ раскроем формулу следующим образом:

Для учета общего числа выводов р^ в схеме надо условно изо-1зить структурные границы блока.

Последовательность расчета схемы следующая: определяются устройства, используемые для построения общей системы , и о ;

определяются устройства, используемые для блока С -го типа,

подсчитывается т - число типов устройств в Ув ; лодсчитывается К ; определяется число ¿> ; определяется число у(Х1?)» г л

подсчитывается число выводов в { У ¿у, рассчитывается /-/< ; рассчитывается И г. ; определяется Н к - г~11 + . ъ •

Действие летчика по управлению самолетом в значительной сте-и определяется характеристиками самолета и подключением про-

цесса управления, а также приборами индикации и органами ручнс управления. Однако существенное влияние на управление оказывая и степень обученности и тренированности летчика, его психофизи логическое состояние. В контур управления включается осреднен* математическая модель летчика.

В полете по приборам информация о поведении самолета пост пает летчику в закодированном виде и дискретно. Уравнение заг| ки летчика восприятием и обработкой информации можно принять

ВВДв Уд-Хл/^л).

где УА - выходная информация, обработанная летчиком;

^Л - первичная информация, полученная летчиком;

СЛ - время, затрачиваемое летчиком на обработку первичн( информации , с.

Известно, что среднее время обработки информации для тре! рованного летчика в прямолинейном полете составляет ~ О,; среднее значение запаздывания в развитии усилия летчика равно Ал = 0,1 С.

Звено вычисления управлений является изменяемой частью м ли летчика. Его можно считать последовательным корректирующим устройством, включенным в прямую цепь регулирования.

Облаять постоянных времени, воспроизводимых летчиком,зав от его суммарного запаздывания ( ^л Ь л. ) и располагается в

ДеЯ8Х ^Тлс « + Ьл)г

При оценке характеристик управляемости самолета в процес его проектирования параметры вычислительной части модели явля ся неизвестными величинами, их можно определить с учетом загх ки летчика и влияния режима полета.

Время Тл С может быть существенно уменьшено, если видо1 менить систему индикации и рационализировать способы кодировг и отображения параметров на различных режимах полета.

В работе выполнены статистические исследования пилотажа навигационных индикаторов, позволившие сформулировать функци* но-технические требования к бортовым системам.экранной индии, по числу статических и динамических векторов,мнемознаков,око1 др.

В третьей главе рассматриваются вопросы синтеза графической формации на экранных индикаторах.

Математическая модель построения индикационной картины на оском электронно-лучевом индикаторе представляет формирование ебуемого отображения С конечного подмножества £ парамет-в, необходимых для управления ЛА:

7 = Ч'С?) И, (3.1)

£сА ,

е V оператор преобразования;

А - общее множество параметров; - плоскость экрана индикатора.

Получение изображения на экране ЭЛТ осуществляется последо-.тельным преобразованием первичной информации

ц СГ £*Ь, (3.2)

е. входные параметры £ преобразуются в командные напряжения , которые преобразуются в видеосигнал М - Тс (и) \ 1звертка последнего в плоскости экрана /? и даст требуе -)е изобракение.

Для формирования монохромного изображения необходимо иметь формацию о яркости © (V, функцию координат и времени,

жостью и положением луча на экране ЭЛТ можно управлять.

Связывая движение самолета с осями координат, получаем, что тя Еыбранного изображения У необходимо иметь определенную рруктуру оператора Тс., такую, чтобы = (и)2 . Операто-л характеризуют изменение С -го элемента при изменении

экартовых ( X», и угловых (^ , ) координат соот-

этственно рыскания, тангаяа и крена, учитывающих повороты са-элета вокруг вертикальной, поперечной и продольной осей коорди-ат. .

Известны два основных метода формирования изображений на ЛТ: растровый и функциональный.

Процесс формирования изображения на растровых индикаторах аключается в подаче импульсов подсвета на модулятор ЭЛТ в мо~ енгы прохождения луча через точки пересечения растровых линий К Ч) с линиями формируемого изображения .

Искомые функциональные зависимости для специальных напряжений троятся с'Помощью преобразований, осуществляемых с трехмерной

моделью растра.

Плоскость экрана находится в плоскости проекции ОХУ, на ос! тЬ откладывается текущее время развертки растра. Пересечение строчных плоскостей О. п с плоскостью поля растра Р дает сс вокупность параллельных прямых в трехмерной системе координат, проекция которых на плоскость ОХУ образует растр.

Запишем уравнение для плоскости

У ^¿п^с, = О , (з.з)

где —- угол между плоскостями Р и ОХ У

Т*. £с>>Уу- расстояние от начала координат до плоскости Р 2 Тс - периоды кадровой и строчной развертки; у у х- - текущие координаты;

Уравнение дяя строчной плоскости «н, параллельной оси запишется

где ^ - угол между плоскостями и ОХУ;

л/ пп4 () - целое число строк в инте

тс / т(о,±х

Уравнение для совокупности параллельных прямых в параметр ческой форме, найденное в результате пересечения плоскостей / и Он, запишется ' _ т 1

= ; (3.5)

Точки, удовлетворяющие системе (3.5), составляют множестЕ разрешенных точек, в которых формируется изображение, а проект этих точек на плоскости ОХУ образует растр Для форму

рования изображения необходимо определить точки

удовлетворяющие условию

у) о У(*,у) , а эате!

определить каждой точке Ас ( , У^ соответствующий арп мент -¿-С функции Т(4.) , Уравнение , опред<

ляющее синтезируемое изображение, можно представить в трехмерной системе координат цилиндрической поверхностью и записать 1 параметрической форме:

С'Х у - :

У у = %Х^) ; (з,е)

. -

Рассмотрим варианты проекций на плоскость Х^* раллельнуго оси ,

Для 9 - 0 в случае формирования вектора с углом наклона 1Г расстоянием до центра экрана С

Т/у ~ Ч - ^ ^У _ крутизна или скорость

звертывающих функций по осйм X и Ч телевизионного растра Для формирования окружности

С<?5гГ(3.7)

Функция M[У:т(■í)J изменяется в интервале &,э «чем крутизна этой функции может быть значительно больше "У* . ■от случай очень сложен для технической реализации. При В ~ ~аг* для вектора

ш а г< - ~ сцФ- ^;,,

и. V /

и окружности '

- ¿Г'

ща функция

для этого случая изменяется со строч->й частотой, а другие М1Удля различных векторов и фужностей изменяются с кадровой частотой, причем крутизна функ-т изменяется в интервале О 1Г/. . Этот случай для техничес-)й реализации значительно проще предыдущего. При

для вектора

- С: (З.И)

ия окружности:

им - R^a -

При технической реализации синтезаторов изображений получг параллельную схему синтеза сложных изображений, так как для по строения

однотипных элементов изображения необходимо прим< нить U генераторов.

В выражении (3.II ) одно из слагаемых является общим для всех элементов изображения, а второе является неизменным в теч< ние времени строки, вследствие чего по этому алгоритму, произв! дящему неоднократный расчет за 7"в второго слагаемого для нескольких векторов и окружностей, можно реализовать последова -тельную схему синтезатора.

Формирование изображений на экране ЭЛТ функциональным методами, заключается в том, что под действием сформированных по определенному закону отклоняющих напряжений электр ный луч движется по контуру воспроизводимого символа.

Поскольку луч перемещается от начальной до конечной точки вектора, качество линии получается высоким по сравнению с рас ровой разверткой, где линия представляется в виде последовател ности точек.

Кроме того, функциональный метод обеспечивает более высоку яркость воспроизводимого изображения за счет использования вс энергии электронного луча при формировании изображения.

Применение растровой развертки в дисплеях с ЭЛТ позволяет упростить, снизить стоимость и потребляемую мощность видеоконт рольного устройства.

В работе исследованы точностные характеристики построена вектора функциональным методом с использованием sin-cos-anropi ма в полярной системе координат:

ГУ< 'X.ti-Cos^)., (злз;

гVz - X * * ¿1-= ^ (<S*J;

* W = у*^* (3.14

Представим точные значения длины вектора L' и угла н клона d\:

18

IIl^LL^ALC, oC? = (Ac ± ЛсЛг ,

(3.15)

'де Lin ckl- фактические значения длины вектора и угла наклона, причем в Ао(£ вводится неточность взятия функций sГл и cos .

Произведя соответствующие подстановки и преобразования и считывая, что составляющие и i/г независимы и подвержены слу-{айным погрешностям при технической реализации, определим сум-гарную погрешность смещения вектора :

Л (3.16)

Для группы связанных векторов

дХ/ û^LiSinJ.i -д/ X.¿¿cosdc ;

(3.17)

аyt = -(f-AL)&<JL !.LiC0$>di -AL llcsmd, . i *

При повороте всех векторов на общий угод "2Г* для каждого тла I -го вектора в формулу необходимо включить угол поворота.

Результаты моделирования на ПЭВМ Р.С/АТ. позволяют оценить !аксимально возможные погрешности построения макросимЕолов при 1аданных разрядностях углов наклона, длины векторов и количест-sa векторов в макросимволе, а такке выдать рекомендации аппарат-юго построения дисплейного процессора с учетом снижения его ¡ложности.

Предложены два алгоритма сглаживания структуры фаршруемо-'о вектора, позволяющие повысить качество изображения.

В четвертой главе показаны возможности технической реализации многофункциональных индикаторов.

Установлено, что наибольший выигрыш в - аппаратных средствах ри разработке дисплейных генераторов обеспечивают методы син-■еза изображений на основе современных микропроцессорных комплектов, обеспечивающих разгрузку центрального процессора.

Подтверждена высокая эффективность разработанных методов и лгоритмов формирования изображения, доведенных до инженерных [етодик структурного проектирования.

Исследование предыдущих разделов показывают принципиальную возможность создания бортовых СЭИ на основе ЭЛТ и открывают воз можности практического использования разрабатываемой аппаратуры Анализируются основные способы технической реализации: ан логовые, дискретные и комбинированные. - -

При аналоговом методе построения изображений в зависимое от требуемой фигуры необходимо сформировать соответствующие напряжения и}с и и у , изменяющиеся вдоль осей ОК и &У , которь суммируются аддитивно и подаются на пороговое устройство

с уровнем срабатывания и о,на выходе порогового устройства получаем видеосигнал сформированного изображения.

Этот процесс можно записать при помощи следующей схемы:

и* и я

в*. I

Аналоговые методы отличаются простотой технической реализ; ции, но обладают значительной нестабильностью и погрешностью формируемых изображений. Поэтому в настоящее время в основном (особенно в бортовых системах) используются дискретные способы формирования изображений в СЭИ.

Рассмотрены типовые структуры,применяемые сейчас в систем электронной индикации,с точки зрения возможности их применения для построения устройства отображения динамической информации.

Анализируются структуры, реализующие функциональный метод: с использованием регенерационных запоминающих устройств (РЭУ), Показаны потенциальные возможности растрового и функционального методов с точки зрения уменьшения объема РЗУ. Эти объемы сравнимы для достаточно простых изображений, а для сложных изображений

-1.---(4.Х)

П» 7 Пу)

где Пу площадь экрана, занимаемая линиями изображения; Л»- площадь экрана.

Емкость РЗУ должна быть меньше у телевизионного индикато; Это условие означает, что при Пу = Ну = 256, если на экране формируется изображение, составленное из более чем 16 векто максимальной длины, телевизионный индикатор по объе^ алпара 20

ос затрат выгоднее, более того, при увеличении требуемой раздающей способности преимущество телевизионного метода увели -1вается.

Рассматривая структуры телевизионных знаковых и графических «плеев с объемом выходного ОЗУ на весь кадр или на одну строку, сопоставляются аппаратные затраты и необходимые временные закаты на запись и считывание динамической информации.

Разработан,исследован и изготовлен пилотажно-навигационный •щикатор телевизионного типа с памятью на одну строку.

По сравнению с системами на полную память индикатор на одну рроку обеспечивает сокращение выходной памяти и потребляемую эщность (в 300 и 5 раз соответственно), но приводит к необходи-эсти работать в декартовой системе координат с коррекцией дис-тейного файла.

Рассмотрим алгоритм расчета текущих значений абсцисс вектора:

= ? ^ (4.2)

це У ¿- абсциссаЕектора на £ - й строке растра;

¿ - номер строки телевизионного растра;

ТГ - угол наклона вектора.

Корректирующей величиной в дисплейном файле для вектора яв-яется Хн - начальное значение абсциссы вектора, которое на торой телевизионной строке заменяется на X"-с и т.д.;

У< ^Хн+сЬдЪ ;

Уг *Уи+2с{:91Г=У1 + сЬд1Г ; 4.3)

Хъ*Хн+Зс1д1Г*Хг+с{д1Г ,

Из коррекции дисплейного файла вытекает необходимость постановления начальных условий, что обычно осуществляется во вре-я обратного хода кадровой развертки.

С другой стороны, считывание и запоминание выходного ОЗУ а одну строку должны происходить в темпе развертки телевизион-ой строки.

Еще одной особенностью работы дисплейного процессора на трочную память является необходимость предварительного просмот->а дисплейного файла с целью выделения только тех графических ¡римитивов, которые пересекаются о телевизионной строкой в дан-1ый момент времени.

Это решается сравнением У н Утец 4 Уц

где Ун и У и - начальная и конечная ординаты графического примитива;

Утек - текущая ордината или текущая строка телевизионно! растра.

Индикатор входит в состав стенда "Электроника", который I пользовался'в НИИ АО и ИКАМ для отработки статических индикац! ных картин контроля систем объектов ТУ-204 и ИЛ-96/300, Разра< танное программное обеспечение позволяет набирать, редактиров! и обрабатывать результаты эксперимента на ПЭВМ.

Разработан и исследован дисплейный процессор, реализован! функциональным методом с целью получения высокой яркости изоб; жения.

В основу реализации положена схема с микропрограммным уп равлением на базе МПК 1802.

После изготовления опытного образца и проведения исследо ний выполнена разработка бортового многофункционального индик тора на базе ШК 1804, изготовленного УКБП и рекомендованного серийное производство для оснащения самолетов ТУ-204 и ИЛ-96/

В пятой главе рассмотрены вопросы создания моделирующих дов, выполнено имитационное моделирование двухмашинного компл экранных индикаторов, исследованы методы сбора первичной инфо ции.

Обоснованы основные принципы построения наземных моделир стендов и тренажеров с учетом иерархичности структуры стенда его особенностей как объекта управления, разработана укрупнена структура двухмашинного вычислительного комплекса. Первый урс стенда составляет система автоматического сбора и обработки г вичной информации с датчиков КТС-154. Второй уровень предста! собой автоматизированную систему обработки полетной информацу формирования дисплейного файла, поступающего на модули формщ ния изображения, установленные в кабине моделирующего компле!

Проведено имитационное моделирование двухмашинного инфо] ционно-вычислительного комплекса (ИВК).

Основные цели моделирования: получение расчетных формул вычисления оценок эффективности функционирования ИВК, опреце ния количества микроэвм, количества терминалов и объема буфер памяти в зависимости от конфигурации ИВК.

22

Независимые переменные Х^' - факторы» которые легко можно менять, и зависимые переменные - отклики, значения которых получаются как результаты изменения факторов, связаны между собой функциональной зависимостью

У/--

г • >Т> (5.1)

где /V - количество факторов; 2. - количество откликов.

Исследуемый ИВК формализованно можно представить в виде двухфазной сети массового обслуживания с двумя обслуживающими аппаратами (ОА).

Время обработки заявок в 0А1 определяется производительностью микроЭВМ,

Обслуживающий аппарат 0А2 представляет собой ПЭВМ, время обработки заявки в нем определяется производительностью машины и типом заявки.

Потребуем поиск аналитической зависимости (5.1) в виде полиномов первой степени

■* £¡2а УгУз + акгг У^-ХгЛ^ (5>2) и второй степени вида: Ус - й'го *Хг + ¿аХг^гХЛ- Я; + о;- ХДгХ3 + а г „ + я'£-22 X* + а г зз X*,

1. (5-3)

Для получения универсальной системы исследования и проектирования целесообразно разработать комплексы программ генерации наиболее применяемых планов экспериментов для различного количества факторов и обработки результатов моделирования, что позволит легко перестраивать модель и вводить новые факторы.

Полный факторный эксперимент (ПФЭ) предусматривает варьирование каадого из ^ факторов на двух уровнях, что позволяет провести линейную аппроксимацию полином (5.2) . К точкам плана, обеспечивающим полный перебор всех уровней факторов, добавляется центральная точка, в которой уровень всех факторов в кодированном виде равен нулю. Количество точек такого плана равно 2

Дробный факторный эксперимент (Д<СЗ) применяется при услови независимости воздействия факторов на отклики, что позволяет е (5.2) не учитывать произведение факторов. В этом случае полином упрощается: ___

У1'(1и*(ЬХ1+01яХг + аьХ* , ¿--Г, С.

Использование ДФЭ позволяет сократить количество производи мых экспериментов. Для основных факторов X/ , Х2 организуется полный перебор. Фактор принимается за дополнительный и опре деляется как произведение основных факторов, т.е. Х/Хг .

При аппроксимации полиномами второй степени часто применяется ортогональный центральный композиционный план (ОДКП), в котором в качестве ядра используются ПФЭ или ДФЭ, что позволяет использовать результаты линейной аппроксимации, как бы надстраи вая их. Для отражения нелинейности на каждый фактор вводятся по два дополнительных уровня, так называемые "звездные" точки.

Общее количество точек плана =2 + + I.

Для обработки результатов моделирования используется регре! сионный анализ, позволяющий получить полиномы (5.2), (5.3)и оце^ нить качество аппроксимации. Регрессионный анализ основывается на методе наименьших квадратов, требующем, чтобы суша квадратен отклонений всех М экспериментальных точек от точек, вычисленных ло полиному /(Х() , была минимальной: м ,2

I [у1-{(хА\ — гШп , I-- . ¿ = / ч .

Минимизация обеспечивается решением системы уравнений в матричном виде:

А'(ХТХ)"(ХГУ),

где А - матрица-столбец коэффициентов полинома; X - матрица планирования; Хг- транспонированная матрица планирования; (X X) - информационная матрица; (ХТХ)~ - матрица .обратная информационной; У - матрица-столбец откликов.

Качество аппроксимации оценивается величиной абсолютной и приведенной ошибок:

' м ( \2 г>/ '

где М - количество экспериментальных точек; Уи - значение отклика, найденное моделированием; /(Кс)- значение отклика , вычисленное по полиному, и коэффициентом корреляции, вычисленным по формуле

В работе произведен расчет параметров, определяющих конфигурацию ИВК: количество датчиков, терминалов пользователя и эбъема буферной памяти. Определены основные оценки эффективности выбранной конфигурации ИВК.

Проанализированы различные структуры подсистем сбора и первичной обработки. Предложена концепция опроса датчиков по эптимальной циклограмме. Проведены теоретические и экспериментальные исследования алгоритмов первичной обработки сигналов с датчиков с целью уменьшения влияния помех на полезный сигнал.

Результаты моделирования алгоритма проверки на достоверность измеряемого параметра рекомендуют его использование только зри высокой частоте опроса датчиков, заведомо большей, чем тре-5уется для обеспечения заданной точности восстановления сигнала. Обнадеживающие результаты получены для алгоритмов суммирования з усреднением и алгоритма цифровой фильтрации.

По результатам имитационного моделирования при использовали вероятностного критерия оценки характеристик алгоритмов тервичной обработки обосновывается вывод об использовании мажоритарного алгоритма для отбрасывания больших ошибок вследствие збоя измерительной аппаратуры с последующим сглаживанием с помощью усреднения.

Использование цифровых фильтров 2-го и 3-го порядка, хотя 1 дает хорошие результаты фильтрации, но требует больших временных затрат, что в системах реального времени является су -Явственным ограничением.

Совместно с ПИИ АО разработаны и используются наземные мо лирующие стенды "Электроника" и "Символ", представляющий соб многомашинный комплекс на базе микроЭВМ МЕРА-60 с крей ми КАМАК., ПЭВМ IBM PC/AT, KTC-I54 и шеста индикаторов , установленных в кабине тренажера. Комплекс обеспечивает прове дение комплексных эргономических исследований СЭИ с привлече нием опытных летчиков-испытателей и специалистов в области пр ектирования авиационного оборудования.

Предложено и обосновано использование многофункциональных экранных индикаторов в управлении подводными аппаратами.

Глава шестая посвящена разработке средств автоматизации э£ номических исследований (ЭИ).

Главная цель эргономических исследований экранных систем отображения информации ЛА - оптимизировать СЭИ с точки зренш взаимодействия человека с бортовым вычислительным комплексом отработать комплект индикационных картин и алгоритмы управде* ЛА на различных режимах полета.

При проведении эргономических исследований можно выделит! следующие основные этапы:

- выделение множества индицируемых параметров;

- формирование информационных моделей различных систем yi равления, контроля и режимов работы ЛА;

- просмотр информационных моделей исследуемой системы в ; намике (по сценариям испытаний);

- исследование времени считывания информации и вероятное: появления ошибок при считывании;

- оценка предложенной концепции системы индикации.

Построение информационной модели бортовой системы управж

ния ЛА является сложной задачей, для решения которой привлек! ся целый ряд специалистов самых различных областей науки и т< ки (системщики, летчики, эргономисты, электронщики, математи: программисты, разработчики, дизайнеры, психологи и др.).

Исходная информационная модель должна проектироваться с ; том технических возможностей СЭИ и инженерно-психологических рактеристик человека-оператора. Основу метода составляет исп зование экспертной оценки группы специалистов, имеющих больш опыт разработки и управления подобных систем.

Окончательная проверка и отработка предложенных информац

ных моделей выполняется методами полунатурного моделирования на наземных испытательных и моделирующих стендах и комплексах.

Учитывая сложность и важность данного этапа разработки СЭИ, необходимо коренным образом автоматизировать этот процесс с целью сокращения длительности, трудоемкости, а также повышения достоверности выдачи научно обоснованных рекомендаций на разработку бортовых СЗИ.

Проведение эргономических исследований СЭИ требует выполнения следующих задач:

- создание наземных моделирующих стендов, обеспечивающих управление и контроль систем ЛА в реальном масштабе времени;

- разработка методик проведения эргономических исследований;

- разработка аппаратно-программных средств автоматизации эбеспечения эксперимента;

-разработка информационных моделей;

- проведение эксперимента;

- обработка результатов и Еыдача научно обоснованных рекомендаций на разработку бортового варианта СЭИ.

Создана система автоматизированного проектирования изображена на базе ПЭВМ PC/AT.

На нижнем уровне сбор и первичную обработку обеспечивает Ж МЕРА-60 с УСО в стандарте КАМАК. Связь МЕРА-60 с ПЭВМ 3С/АТ осуществляется через разработанные контроллеры по последовательному интерфейсу.

ПЭВМ PC/AT обеспечивает формирование дисплейных файлов ста-•ических и динамических изображений для шеста экран-

ах индикаторов ИМ-2, установленных в кабине KTC-I54.

Разработанные программно-аппаратные средства обеспечивают >ункционирование всего комплекса в реальном масштабе времени,по-;воляют в режиме редактирования отработать информационные модели ,ля управления ЛА.

После отработки информационные модели запоминаются на ВЗУ и •егистрируются на графопостроителе.

В состав программных средств входят:

- транслятор с графического языка' ИМ-3 ;

- редактор текста;

- интерпретатор;

- библиотека индикационных картин;

- модуль вывода графической информации на графопостроитель;

- средства сбора и первичной обработки информации.

Дальнейшее совершенствование программных средств для разра

ботки индикационных картин ведется по пути создания инструмен тальной системы в среде ^¿по/оуЛ/З .

М$ ^ьпо!0\кг$ использует метафору окон. Экран дисплея ра бивается на несколько виртуальных графических дисплеев так,что программа (или несколько параллельно работающих программ) выводит информацию в одно или несколько окон. Такая организация выЕсда на дисплей имеет несколько преимуществ:

- пользователь может эффективно работать с несколькими про графами одновременно, при необходимости переключаясь с одной на другую, предоставляя каждой больше или меньше пространства на экране дисплея;

- прикладная программа может организовать вывод разной пс смыслу информации в разные окна, что упрощает работу с пользо! телем, убыстряет его реакцию, уменьшает усталость пользовател*

- создание независимых от типа аппаратуры программных сре; вывода изображений на дисплей, использующих мощные средства I строения графических изображений, ведения диалога, вывода сим вольной информации многими шрифтами;

- унификация вывода на дисплей, подразумевает организацию специальной системы координат. Это позволяет строить изображения , независимые от типа устройства,используя как векторные представления, так и зависимое матричное представление.

Разработанное программное обеспечение полностью отлажено оформлено в виде пакета прикладных программ и передано в НИИ < в эксплуатацию, где используется в течение ряда лет..

В заключении сформулированы основные результаты исследов ний, выполненных в рамках диссертационной работы.

В приложениях помещены акты внедрения результатов работы УКБП., НИИ АО, НИПИокеангеофизика и расчеты экономической э> фективности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны методологические основы построения высокоэффективных многофункциональных бортовых экранных индикаторов,притененных впервые в отечественной практике для оснащения новых типов самолетов ТУ-204 и ЙЛ-96/300.

2. Разработана информационная модель человеко-машинного комплекса "самолет-летчик-среда", на основе которой проведен системный анализ информационных процессов на борту ЛА, позволяющий с эдигшх позиций рассматривать автоматизированную систему управления ЛА с участием человека-оператора.

3. Предложена методика математического моделирования средств сбора, обработки и отображения информации на основе принципа декомпозиции, позволяющая синтезировать процесс поэтапного проектирования рассматриваемых систем.

4. Разработана математическая модель нахождения оптимальных формирующих функций для синтеза динамических изображений на растровых индикаторах, позволяющая снизить аппаратные затраты при реализации СЭИ.

5. Получены основные аналитические зависимости расчета точностных характеристик формируемых элементов изображения; установлено, что при использовании разрешающей способности 512x512 необходимо применять методы цифровой фильтрации по сглаживанию структуры поворотного изображения.

6. Установлено, что наибольший выигрыш в аппаратных средствах при разработке дисплейных генераторов обеспечивают методы синтеза изображений на основе современных микропроцессорных комплексов, обеспечивающих разгрузку центрального процессора.

Подтверждена высокая эффективность разработанных методов и алгоритмов формирования изображения,доведенных до инженерных методик структурного проектирования, реализованных в ряде опытных образцов дисплейных генераторов совместно с Ульяновским конструкторским бюро приборостроения для ТУ-204 и ИЛ-96/300.

При разработке формирователей некоторые инженерные решения защищены 10 авторскими свидетельствами на изобретение и 5 из них внедрены в ЛИИ и СОКБ.

Некоторые образцы разработанной аппаратуры демонстрировал на ВДНХ и были отмечены 2 серебряными и 5 бронзовыми медалям а также демонстрировались: на 6 международных выставках в К наде, США, Германии, Болгарии, Италии, Франции.

8. Установлено, что разработанные методы синтеза изображе успешно реализуются в системах индикации для управления подво, ными аппаратами при исследовании поверхности дна морей и океа нов, при осмотре пирсов, подводных трубопроводов и др.

Разработанные и изготовленные совместно с НИПИокеангеофиз! (г.Геленджик) комплекты^графических станций прошли испытали: в реальных условиях в бассейнах Черного моря и Тихого океана.

9. Предложены и реализованы принципы построения наземных . делирующих стендов, предназначенных для проведения комплексны исследований СЭИ и обучения летного состава.

10. Разработаны САПР информационных моделей управления ЛА, включающие программно-аппаратные средства и позволяющие резко сократить сроки проведения наземных эргономических исследован

11. На основании имитационной модели ИВК получены расчетны соотношения, позволяющие производить инженерные расчеты основ характеристик комплекса в заданных диапазонах их изменения.

12. Разработанные методы и средства исследования и отладки СЭИ внедрены на следующих предприятиях:

СОКБ ЛИИ и ЛИИ (г.Жуковский);

УКБП (г.Ульяновск), . НИИ АО (г.Жуковский),

Институт медико-биологических проблем (г.Москва),

Институт космической и авиационной медицины (г.Москва),

:НШМокеангеофязика (г.Геленджик),

Таганрогский машиностроительный завод,

НИАТ (г.Казань) с общим экономическим эффектом I млн.руб.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Шарнин Л.М., Храмов В.А., Валов О.П. Психологическая характеристика деятельности летчика при полете по приборам// Тез. докл.Республиканской научно-технической конференции "Развитие научной организации труда". Казань, 1972.

2. Шарнин Л.iL, Храмов В.А., Макаров В.И. Необходимость создания индикаторных устройств обобщенной пилотажной информации// Тез.докл.НТК "Развитие научной организации труда". Казань,1972.

3. Шарнин Л.М., Белков A.B. Индикатор обобщенной пилотажной информации // Тезисы докладов конференции "Автоматизация контроля и средства отображения в сложных системах"/ НТО Приборпром . М., 1973.

4. Шарнин Л.«У. Принципы построения индикаторных устройств телевизионного типа// Тез.докл.НТК Индикаторная техника. Саратов, 1974.

5. Шарнин Л.М., Белков A.B. Формирование динамического изображения в системах индикации на телевизионном растре// Тез.докл. конференции "Автоматизация контроля и средства отображения в сложных системах". М., 1973.

6. Белков A.B., Шарнин Л.М. Вопросы кодирования и представ- ' ления пилотажной информации //Устройства оперативного взаимодействия и отображения информации/ ЩНТП, М., 1973.

7. Шарнин Л.М., Белков A.B., Валов О.П., Макаров В.И.Применение алгебры логики для синтеза цветных динамических изображений// Устройства оперативного взаимодействия и отображения информации/ МДИШ. М., 1973.

8. Исследование методов построения и аппаратурной реализации телевизионной системы отображения обобщенной информации с сигналами управления в дискретной и аналоговой формах: Отчет .о НИР/ Казан.авиац.ин-т; Рук.работы Л.М.Шарнин. № ГР 70031704. Казань, 1970.

9. Индикатор обобщенной пилотажной информации ОПИ-I:Отчет о НИР/ КАИ; Рук,работы Л.М.Шарнин, » ГР 70031704.Казань, 1971.

10. Шарнин Л.М., Салахиев А.Ф. Синхронизация телевизионной системы отображения информации// Труды КАИ, вып.164.Казань,1974.

11. Куприянов С.С., Шарнин Л.М., Квиташ Р.И. Способ управления движением горизонтальных линий на экране ЭЛТ// Труды КАИ, вып.164. Казань, 1974.

12. Шарнин Л.М. Особенности индикации крена летательного аппарата на телевизионном растре// Тез.докл. I Всесоюзной кон ференции "Авиационная эргономика и безопасность полета". Киев

1974.

13. Шарнин Л.М., Белков A.B., Валов О,П., Макаров В.И.Со здание индикатора обобщенной пилотажной информации// Тез.докл I Всесоюзной конференции "Авиационная эргономика и безопасность полета".Киев, 1974,

14. Шарнин Л.М., Валов О.П., Манушин В.А. Телевизионный индикатор контроля комплекса параметров ЛА //Тез.докл. I Все' союзной конференции "Авиационная эргономика и безопасность полета". Киев, 1974.

15. Шарнин Л.М. Исследование и разработка методов формир-вания динамического изображения обобщенной пилотажной информа ции на индикаторе телевизионного типа: Автореф.дасс,.яанд.техн наук/ Казан.авиац.ин-т, Казань, 1974.

16. A.c. № 474919, МКИ НОЗ к 4/50. Генератор пилообразно' го напряжения / Шарнин Л.М., Садахиев A.Q./ Опубл.25.06.75, Бюл.№ 23.

17. А.с.№ 482875, МКИ НОЗ к 4/50. Генератор пилообразноп напряжения / Шарнин Л.М., Салахиев А,4>., Макаров В.И./ Опубл.

1975. Бюл.№ 32.

18. Шарнин Л.М., Белков A.B., Валов О.П., Макаров В.И, Вопросы построения систем визуализации посадки// Тезисы докладов конференции по радиотехнике и электронике. Казань, 1975.

19. Шарнин Л.М., Валов О.П., Манушин В.А. Анализ растровых индикаторов многоточечного контроля// Тезисы докладов конференции по радиотехнике и электронике. Казань, 1975.

20. Шарнин Л.М., Валов О.П., Зяблицкий Ю.И. К вопросу построения цифровой системы индикации крена ДА на экране ЗЛТ // Тезисы докладов конференции по радиотехнике и электронике. Казань, 1975.

21. А.с.№ 502521, ШИ ШЛ/5/66. Устройство для отображения синусоиды на телевизионном растре /Шарнин Л.М., Галынкин А.Л.,Белков А.В.,Макаров ВЛ./ Опубл.05.02.76, Бюл.№ 5,

22. A.c. № 504312, МНИ&06 к 15/20. Устройство для формирования шкал в любом месте телевизионного растра/ Шарнин Л.М., Галынкин А.Л., Салахиев А.Ш., Белков A.B./ Опубл.1976,Бюл.№ 12.

23.Индикатор обобщенной пилотажной информации ОПИ-З: Отчет о НИР/ КАИ, Рук.работы Шарнин Л.Н. № ГР 7Ö030433. Казань, 1976.

24. Шарнин Л.М., Белков A.B. Оценка воприятия оператором пространственных интервалов /Казан.авиац.ин-т. Казань, 1976. Деп.в ВИНИТИ.

25. Шарнин Л.М., Макаров В.И. Индикатор вертикальной обстановки полета по ЭЛТ телевизионного типа //Всесоюзн.семинар "Перспективы развития средств радиотехнического обеспечения полетов в гражданской авиации". Киев, 1976.

26. A.c. № 647861, МКИ НОЗ к 4/50. Генератор пилообразного напряжения / Шарнин Л.М. 'Данушин В.А., Валов 0.П./Опубл. 15.02.90, Еюл.г<5 6.

27. A.c. № 682922 Ш & 06 к 15/20. Устройство формирования вращающегося указателя на экране ЭЛТ / Валов О.П., Манушин В.А., Шарнин Л.М./Опубл. 1979. Бюл.№ 32.

28. A.c. № 446178, Mffl В64 d 39/00. Индикаторное устройство дозаправки топливом в полете /Шарнин Л.М., Валов О.П., Макаров В.И., 1976.

29. Шарнин Л.М., Валов О.П., 1»1анушин В.А., Вафин P.P. Принципы построения устройств наглядной информации на телеэкране // Всесоюзная школа "Свет и музыка". Казань, 1979.

30. Шарнин Л.М., Валов О.П., Мещеряков И.П. Система индикации исполнительного устройства робота-манипулятора на телевизионном экране // Тезисы I Всесоюзной конференции "Робототехника". Каунас, 1977.

31. Шарнин Л.М., Валов О.П.» Макаров В.И. Создание многофункциональных индикаторных устройств отображения информации// ¡¿алые ЭВМ и устройства графического вывода информации. Казань: Изд-во Казан.ун-та, 1976.

32. Куприянов С.С., Шарнин Л.М., Салахиев А.Ф. Особенности управления подсветом при формировании изображений на телевизионном растре// Средства графического взаимодействия оператора с ЦВМ. Казань: Изд-во Казан .ун-та, 1977.

33. Шарнин Л.М., Салахиев A.i. Формирование управляемого изображения на телевизионном растре// Средства графического взаимодействия оператора с ЦВМ. Казань: Изд-во Казан.ун-га, 19'

34. Шарнин Л.М., Манушн В.А., Сеиткулов И.Я. Вопросы построения растровых знакогенерирующих устройств // Тезисы докладов конференции по радиотехнике и электронике. Казань, 1975,

35. A.c. № 2569469, G 09 G I/I08. Устройство формирована напряжений,пропорциональных синусу входного сигнала / Манушин В.А., Валов О.П., Шарнин Л.М./Опубл. 1979. Бюл.№ 6.

36. Шарнин Л.М., Валов О.П. Способ формирования изображений на растровых индикаторах с произвольной разверткой // Всесоюзная школа "Сьет и музыка". Казань, 1979.

37. Шарнин Л.М., Манушн В.А. О структуре телевизионных устройств формирования изображений // Всесоюзная школа "Свет v музыка". Казань, 1973.

38. Шарнин Д,М, и др. Индикатор обобщенной пилотажной т формации ОПИ-2 // Проспект "Высшее образование в СССР". М.: Внешторгиздат, 1979 (на русском и итальянском языках).

39. Шарнин Л.М., Валов О.П., Манушн В.А., Вафин P.P. Те/ бизиокный командно-пилотажный индикатор ОПИ-3 // Тезисы доклг дов "Проектирование и эксплуатация систем человек-машина". Севастополь, 1979.

40. Шарнин Л.М. Устройство для обучения спортивным играм/ Автоматизированные обучающие системы/ Казан.авиац.ин-т, Казань 1979.

41. A.c. № 841029, МКИ<?09 G 1/08, Устройство для формира вания кривых на экране ЭЛТ /Валов О.П., Макаров В.И., Шарнин

Л.М../Опубл.1981, Бюл.№ 23.

42. A.c. № 924741, МКИ & 09 & 1/06. Генератор векторов / Валов О.П., Вафин P.P., Шарнин Л.М./Опубл. 1982, Бюл16.

. 43. Разработка языка графического программирования и тран лятора для пилотажно-навигационного индикатора: Отчет о НИР / Казан.авиац.ин-т; Рук.работы Шарнин Л.М. № ГР ф-20596, 1983.

44. Система автоматизированного проектирования программы функционирования цветной экранной индикации ЛА: Отчет о НИР / Казан.авиац.ин-т; Рук.работы Шарнин Л.М. Jp ГР Ф-20596, инв. № 56426. Казань, IS86.

45. Валов О.Д., Вафин P.P., Шарнин Л.М. Математическая моль синтеза первичных изображений на растровом индикаторе // томатизация научных исследований/ КуАИ. Куйбышев, 1987.

46. Полушина И.Г., Шарнин Л.М., Якимов И.М. Имитационное делирование стендового информационно-вычислительного комплек-. ЛА// Теория и практика имитационного моделирования и созда-я тренажеров. Пенза, IS88.

47. Шарнин Л.М., Валов О.П., Вафин H.H., Масленников Ю.Л. :стема сбора и обработки данных для пилотажно-моделирующего мплекса// Обработка информации в АСНИ. Пенза, 1989.

48. Разработка программно-аппаратных средств сопряжения ясистем сбора информации на базе ПЭВМ IBM PC/AT: Отчет о НИР/ Л; Рук.работы Л.М.Шарнин. № ГР Ф-35120. Казань, 1989.

49. Шарнин Л.М., Вафин P.P., feeленников Ю.Л., Курин Ю.А., июв О.П., Никитин Ю.Д. Исследование и разработка средств ав->матизации для моделирования систем отображения информации ЛА// ¡.НИР по программе "Полет". Инв.Р 148, КАИ, 1989.

50. Шарнин Л.М., Лушин A.A. и др. Интегрированная инстру-;нтальная система программирования индикационных картин ЛА: ;чет о НИР/ КАИ; Рук.работы Л.М.Шарнин. № ГР <£-35120. Казань, Ш.

51. Шарнин Л.М., Вафин P.P., Масленников Ю.Л., Лушин A.A. др. Системы отображения информации пульта управления комплекса Задуга": Отчет о НИР/ КАИ, № ГР У 69885, инв.» Г 26570. Казань, 390.

52. Валов О.П., Муганцев Л.А., Шарнин Л.!.!. Исследование точ-)стных характеристик дисплейных генераторов графической информа-т // Тез.докл.НТК "Отображение информации в человеко-машинных ■1С те мах". Винница, 1990.

53. Валов О.П., Масленников Ю.Л., %гакцев Л.А., Шарнин Л.М. эвышение точности и быстродействия инкрементального алгоритма знерации окружности на экранном индикаторе //Автоматизация техно-огических процессов и производств: Межвуз.сб./КАШИ. Н.Челны,. 393.

54. Валов О,П., Вафин P.P., Муганцев Л.А., Шарнин Л.М. Вза-мная синхронизация мониторов телевизионного приемника и персо-ального компьютера// Автоматизация технологических процессов и роизводств: Межвуз.сб. /КАМПИ. Н.Челны, 1993.

Формат 60x84 1/16. Бумага сдёрщега&р . Печать офсетная. Печ.л.2,25. Усл.печ.л. 2,09. Усл.кр.-отт. 2,09. Уч.-изц.л. 2,25

Тираж 100. Заказ

Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева Ротапринт Казанского государственного технического университет«

им. А.Н.Туполева 420111, Казань, К.Маркса, 10.