автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Принципы построения и методы автоматизации проектирования бортовых средств индикации на жидкокристаллических панелях

На правах рукописи

Костишин Максим Олегович

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ СРЕДСТВ ИНДИКАЦИИ НА ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПАНЕЛЯХ

Специальность 05.13.12 -Системы автоматизации проектирования (приборостроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-2015 г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики.

Научный руководитель: Доктор технических наук, доцент

Жяринов Игорь Олегович

Официальные оппоненты: Сидоркина Ирина Геннадьевна

Доктор технических наук, профессор декан факультета информатики и вычислительной техники ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Майоров Николай Николаевич

Кандидат технических наук, доцент зам. директора института аэрокосмических приборов и систем ФГАОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»

Ведущая организация: Санкт-Петербургский филиал Федерального

государственного бюджетного учреждения науки Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук, г. Санкт-Петербург

Защита состоится 17 июня 2015 г. в 15 ч. 50 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.227.05 при Сашсг-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49., ауд. 461.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49 и на сайтс fppo.ifmo.ru.

Автореферат разослан «27» апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент £ /£© Поляков В.И.

4- -А '

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ПИБЛИОТЕКА -_ 2015 J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Непрерывный рост интенсивности воздушного движения определяет потребности общества в поиске новых способов представления пилотажно-навигационной информации на борту современных летательных аппаратов (J1A). Перспективным направлением авиационного приборостроения является оснащение J1A многофункциональными цветными индикаторами (МФЦИ), позволяющими отображать в реальном времени аэронавигационную и геоинформационную информацию. Использование жидкокристаллических панелей в бортовом средстве индикации изменило подход к созданию систем индикации. МФЦИ решает на борту JIA индикационные задачи и, в зависимости от реализованных аппаратно-программных средств, в состоянии обеспечивать индикацию не только вторичных параметров (после обработки сигналов в специализированных блоках преобразования), но и, при необходимости, первичных параметров полета летательного аппарата.

Современные МФЦИ проектируются на основе принципа модульности. Модули, входящие в состав МФЦИ, являются функционально-законченными устройствами. Это позволяет реализовать информационный межмодульный обмен между ними через коммутационное устройство по единой магистрали параллельного интерфейса. Индикатор МФЦИ представляет собой совокупность аппаратно-программных средств, обеспечивающих комплексный обмен информацией.

Разработкой бортовых цифровых индикаторов класса МФЦИ занимаются как отечественные фирмы, такие как: ОАО «Раменское приборостроительное конструкторское бюро», ЗАО «Транзас», АО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения», Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика», так и зарубежные: «Honewell», «Harris Corporation», «Rockwell Collins».

В области автоматизации проектирования МФЦИ одной из важнейших задач является задача разработки научных основ создания и реализации жизненного цикла «проектирование - производство -- эксплуатация». Особенную актуальность приобрела задача снижения сроков проектирования МФЦИ и последующих заводских испытаний за счет решения задач оптимизации проектных решений.

Существуют различные подходы к созданию компонентов автоматизированного проектирования (САПР), позволяющие автоматизировать процесс проектирования отдельных составляющих МФЦИ. Среди существующих видов обеспечения САПР, используемых при проектировании МФЦИ, отсутствует компонент САПР обеспечивающий автоматизацию процессов создания индикационных кадров, данных аэронавигационной и картографической информации, разработке которого и посвящена диссертационная работа.

Отдельные вопросы решения проектных задач автоматизации выбора параметров объектов проектирования нашли свое отражение в трудах Zykina A., Kyung-Wook Jee, Corne D. W., Knowles J. D и других зарубежных авторов. Среди отечественных авторов можно выделить работы Гатчина Ю.А., Жаринова И.О., Норенкова И.П., Сидоркиной И.Г., Курейчика В.М., Коробейникова А.Г. и других. Подавляющее число работ в этой области посвящено исследованию методов оптимизации, основанных на прицепе Парето, и методов многокритериальной оптимизации проектных решений, основанных на принципе приведения многопараметрического критерия к однопараметрическому.

Объектом исследования диссертационной работы является многофункциональный цветной индикатор на жидкокристаллической панели и его характеристики.

Предметом исследования являются средства автоматизированного решения проектной задачи выбора параметров МФЦИ и средства решения задачи исследования физических свойств бортового средства индикации на основе ЖК-панели.

Целью диссертационной работы состоит в разработке и исследовании принципов построения и методов автоматизации проектирования бортовых средств индикации, выполненных на жидкокристаллических панелях.

Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Разработать алгоритм автоматизированного выбора проектных параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели по заданным критериям.

2. Разработать схему реализации жизненного цикла «проектирование-производство-эксплуатация» для МФЦИ и выполнить анализ информационных потоков, циркулирующих между участниками производственного процесса создания и эксплуатации МФЦИ.

3. Разработать автоматизированное рабочее место для исследования параметров бортового средства индикации с целью проверки качества разрабатываемого продукта.

4. Разработать структурную модель данных и комплекс алгоритмов автоматизированной генерации проектных решений в области создания индикационный кадров, геоинформационных данных и подготовки аэронавигационной информации.

5. Разработать алгоритм решения оптимизационной задачи исследования физических свойств и параметров бортового средства индикации.

Методы исследования. В диссертационной работе использовались теоретические и экспериментальные исследования, теория, методы и

алгоритмы автоматизированного проектирования, теория принятия решений, теория выбора. В процессе решения перечисленных задач применялись методы объектного-ориентированного программирования, методы математического моделирования.

Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:

1. Предложена схема, описывающая жизненный цикл «проектирование - производство - эксплуатация» бортового средства индикации на основе ЖК-панели, отличающаяся от известных схем логистическим подходом к анализу информационных потоков и решении задачи коммивояжера.

2. Предложен алгоритм решения проектной задачи выбора параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели, отличающийся от известных введением процедуры лексикографической оценки и последующей оптимизацией задачи выбора по частным критериям качества.

3. Предложена схема автоматизированного рабочего места для исследования свойств и параметров средств индикации, включающая программное, математическое, информационное и технологическое обеспечение САПР.

4. Предложен комплекс алгоритмов генерации проектных решений, индикационных кадров и модель геоинформационных данных и аэронавигационной информации бортового средства индикации на основе ЖК-панели, отличающиеся от известных векторным способом представления данных.

5. Предложен алгоритм решения оптимизационной задачи исследования физических свойств и параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели, основанный на процедуре лексикографической оценки.

Практическая значимость результатов диссертационного исследования:

1. Результаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы для решения проектной задачи автоматизированного выбора параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели в жизненном цикле «проектирование - производство - эксплуатация».

2. Предложенные алгоритмы являются составной частью программного, математического, информационного обеспечения САПР и представлены на уровне соотвегствующих блок-схем.

3. Предложенная схема жизненного цикла является основой для описания информационного взаимодействия участников производственного процесса при создании изделий авиационной промышленности гражданского и военного назначения.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы используются в разработках ФГУП "Санкт-Петербургское ОКБ "Электроавтоматика" им. П.А. Ефимова". В частности, при создании многофункционального цветного индикатора МФЦИ-068 внедрены:

1. Алгоритм решения проектной задачи выбора параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели, основанный на процедуре лексикографической оценки параметров и процедурах оптимизации проектных решений по частным критериям качества.

2. Автоматизированное рабочее место для исследования свойств и параметров средств индикации, включающие программное, математическое, информационное и технологическое обеспечение САПР.

Также результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского Национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики на кафедре Машинного проектирования бортовой электронно-вычислительной аппаратуры (МПБЭВА).

Основные понятия, определения и результаты диссертационного исследования введены в следующие дисциплины:

1. Методы и средства отображения информации аналого-цифровых вычислительных комплексов;

2. Автоматизация проектирования аппаратных и программных компонентов аналого-цифровых вычислительных комплексов.

В данных дисциплинах внедрены следующие результаты диссертации:

1. Комплекс алгоритмов проектирования МФЦИ, модель геоинформационных данных и аэронавигационной информации бортового средства индикации на основе ЖК-панели.

2. Алгоритм решения оптимизационной задачи исследования физических свойств бортового средства индикации на основе ЖК-панели, основанный на процедуре лексикографической оценки.

Результаты диссертационной работы были получены в процессе выполнения НИР №6610479 «Проектирование и разработка методов создания безопасных информационных и технологических систем» на кафедре МПБЭВА Университета ИТМО.

Акты внедрения, представленные в диссертации, подтверждают достоверность и востребованность полученных результатов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Схема реализации жизненного цикла «проектирование производство - эксплуатация» бортового средства индикации на основе ЖК-панели.

2. Алгоритм решения проектной задачи выбора параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели.

3. Автоматизированное рабочее место, комплекс алгоритмов генерации проектных решений компонентов МФЦИ, модель геоинформационных данных и аэронавигационной информации бортового средства индикации.

4. Алгоритм решения оптимизационной задачи исследования физических свойств и параметров бортового средства индикации.

Апробация результатов диссертационного исследования. Основные результаты диссертационной работы и результаты исследований докладывались на различных конференциях, в том числе на: XLII-XL11I научной и учебно-методической конференции. НИУ ИТМО (2013,2014 г.); XV-XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». Санкт-Петербург, ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». (2013-2014 г.); Proceedings of the International Conference of Young Scientists Automation and Control. St. Petersburg, Russia, Polytechnical University. (2013 г.); Молодежной научно-практической конференции «Инновации в авиации и космонавтике-2014». МАИ (2014 г.); XX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», г. Томск (2014 г.); XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи. Математика. Информатика», г. Анжеро-Судженск (2014 г.); XII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск (2014 г.); XIII Международной научно-практической конференции им. А.Ф. Терпугова «Информационные технологии и математическое моделирование», г. Анжеро-Судженск (2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научные работы, в том числе 9 статей в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук, 11 работ опубликованы в сборниках научных трудов всероссийских, региональных и международных конференций, 1 - учебное пособие, 2 - отчета о выполнении НИОКР с участием автора.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, списка литературы. Общий объем диссертации 132 страницы, включая 33 рисунка и 11 таблиц. Список литературы включает 75 наименований. Текст диссертации дополнен 4 приложениями.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ дана общая характеристика работы, обоснована актуальность, сформулированы цели, задачи и методы исследования, показана новизна, показана научная и практическая ценность работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ «Обзор технических решений и постановка задачи» рассматривается состояние исследуемой предметной области проектирования многофункционального цветного индикатора и способы оптимизации выбора параметров МФЦИ за счет решения задач оптимизации проектных решений.

Рассмотрена упрощенная структурная схема типового бортового индикатора класса МФЦИ. МФЦИ представляет собой электронный блок индикации, в состав которого входят: вычислитель на базе высокопроизводительного сигнального процессора, устройство ввода/вывода данных, обеспечивающее информационный обмен в составе комплекса по выбранному набору стандартизованных интерфейсов, интеллектуальный графический контроллер с библиотекой графических примитивов, устройство питания, устройство коммутации, ЖК-панель с системой подсвета и узлом подогревателя, обеспечивающим работу индикатора при низких температурах.

Для отображения на экране МФЦИ индикационного кадра рассмотрены методы и способы кодирования геоинформационных данных и аэронавигационной информации. Проблема формирования и отображения аэронавигационной информации и геоинформационных данный на экране бортового средства индикации обусловлена основными характеристиками качества отображения геоинформационных данных: читаемость, наглядность, объективность карты, точность.

Важными для авиационного приборостроения геоинформационными данными являются топогеодезические, аэронавигационные,

гидрометеорологические, оперативно-тактические данные, отдельные элементы астрономических и геофизических данных и некоторые другие виды данных.

Формируемые в МФЦИ индикационные кадры должны обладать объективными, свежими данными, адаптированными к обстановке, то есть предоставлять только актуальную информацию для оценки складывающейся навигационно-тактической обстановки и принятия рациональных решений членами экипажа. Формирование изображение на экране МФЦИ происходит путем отображения в различных цветах всех пикселей ЖК-панели.

Для выполнения процедур автоматизированного конфигурирования загрузочных компонентов аэронавигационной информации (АНИ) и геоинформационных данных авионики, разработано специализированное рабочее место оператора МФЦИ (РМО). Функциональная схема РМО приведена на рис. I.

Выбор параметров при проектировании МФЦИ является проектной процедурой, подлежащей оптимизации. Оптимизация решения задачи выбора может осуществляться на двух этапах:

- на этапе проектирования пилотажно-навигационного комплекса (ПИК), в состав которого входит МФЦИ;

- на этапе проектирования МФЦИ.

САПР «Панорама» (инструментальная ЭВМ)!

----------- --------------

Аппаратурные средства РМО (кабели связи, источники питания)

МФЦИ

База данных ДНИ

Г §-

База данных «мекгронные карты»

и База данных ; | конфигурации ЛА

МОРФ

Рисунок 1 - функциональная схема рабочего места оператора МФЦИ

Актуальной является задача разработки алгоритма, основанного на процедуре лексикографической оценки, для решения проектной задачи выбора параметров бортового средства индикации на этапе проектирования МФЦИ.

Таким образом в процессе проектирования бортового средства индикации необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать алгоритм автоматизированного выбора проектных параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели по заданным критериям.

2. Разработать схему реализации жизненного цикла «проектирование-производство-эксплуатация» для МФЦИ и выполнить анализ информационных потоков, циркулирующих между участниками производственного процесса создания и эксплуатации МФЦИ.

3. Разработать автоматизированное рабочее место для исследования

параметров бортового средства индикации с целью проверки качества разрабатываемого продукта.

4. Разработать структурную модель данных и комплекс алгоритмов автоматизированной генерации проектных решений в области создания индикационный кадров, геоинформационных данных и подготовки аэронавигационной информации.

5. Разработать алгоритм решения оптимизационной задачи исследования физических свойств и параметров бортового средства индикации.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ предложена структурная модель данных и комплекс алгоритмов генерации проектных решений в области создания геоинформационных данных и аэронавигационной информации.

За счет поддержки унифицированных форматов хранения данных, единой VESA (Video Electronics Standards Association) - подобной системы команд графического контроллера МФЦИ и возможности отображения на средствах индикации цифровой карты местности в различных масштабах, у обслуживающего персонала аэродромов появилась возможность сопровождения программ полетов различных типов ЛА непосредственно в точках эксплуатации. Разработанные алгоритмы для автоматизации конфигурирования загрузочных компонентов аэронавигационной информации и геоинформационных данных позволяют оперативно подготавливать полетные задания, создавать «прошивки данных» ЦКМ и осуществлять процедуры занесения этих данных в изделия авионики техническими средствами РМО и программными средствами САПР.

САПР, входящая в состав РМО, позволяет планировать маршрут полета ЛА, выбрать фрагмент ЦКМ в пределах заданного маршрута, определить аэропорт взлета и аэропорт посадки ЛА из базы данных аэронавигации и др.

Алгоритм создания проекта полетного задания приведен на рис. 2. Процедура создания проекта полетного задания начинается с выбора оператором РМО данных из базы данных аэронавигационной информации. База АНИ взаимодействует с САПР и предназначена для хранения и автоматизированного использования основных типов данных, опубликованных в сборниках аэронавигационной информации. В частности, в базе АНИ содержатся данные промежуточных пунктов маршрута, радиомаяки, координаты аэродромов и др.

Аэронавигационные данные включают информацию по организации воздушного пространства, воздушным трассам и их оборудованию, аэродромам и их оборудованию, опасным и ограничительным зонам и т.п. В САПР база АНИ представлена подразделами: аэродромы, внеаэродромные радиотехнические средства, трассы, зоны, полигоны, препятствия.

Оператор осуществляет выбор аэродромов взлета и посадки, выбор

номера взлетной посадочной полосы (ВПП), направление захода ЛА на посадку и т.д. из доступных в базе данных. Последовательность выбранных оператором типов объектов аэронавигационной информации формирует группу команд и данных, включаемых в загружаемый компонент (бинарный файл) в виде отдельного слоя данных, отображаемого впоследствии на МФЦИ.

' Начало ;

г.........Л...........

Выбор базы данных ; «электронные карты»;

1

ЯSSSSÍPKJ

ШЖ2.

«-g™.-» |<^Выбор региона >

—»(Регион I ;—

i ------—J

С. Выбор страны

_| Страна I И— Страна N Ц-------

fe

■33:__

Шт sr

Е =

выбор впп

—«fiiifi' — —►)ВПГ1 Vj—

РВ5*

-{ Аэродром I ]«— | Аэродром Л/]«—

Выбор аэродрома

Выбор схемы захода на посадку

-♦[ Схема 1 f

► Схема

Выбор

Препятствие 1 г* Препятствие ЛГ-

А

..'''Йыбор ЗОНЫ • \ полетов -

| Зона I V

(Зона —

Сохранение массива АНИ на НРЭ ИЭВМ

Запись АНИ а изделие ;__«вноники

Коней ^

Рисунок 2 - алг оритм автоматизированного создания проекта загрузочных компонентов полетного задания на основе базы данных ДНИ

Подготовка электронной карты осуществляется оператором РМО по алгоритму рис.3 и начинается с выбора участка местности в предполагаемой зоне полетов ЛА, отображаемого на ИЭВМ в одном из стандартизованных масштабов из имеющихся в базе данных. При формировании картографического массива данных и данных рельефа местности используются электронные карты в стандартных масштабах 1:100000 (I км/см), 1:200000 (2 км/см), 1:500000 (5 км/см), 1:1000000 (10 км/см), 1:5000000 (50 км/см).

Нет

Выбор фрагментов

карты в зоне полетов

---------------------

/ Вывод на 1100 МОИМ 'файла карты в формате .5хГ/

-<?>гкрыть карту .'

Да

Вывод на монитор ИЭВМ файла карты

итгг

Нет

Редактирование слоев карты (отключение)

------------т--------------------

Редактирование отображаемых примитивов

Редактирование масштабов отображения карты на МФ1 \И

Загрузить карту2> " Да _

Ввод 3 МНОГО /

Нет

Нет

_Т~ Да

[Изделие аиионики готово к работе |

Рисунок 3 - алгоритм создания проекта загрузочных компонентов цифровой карты местности, отображаемой на экране МФЦИ

Выбор оператора РМО может включать как единичные участки местности в требуемом регионе страны (мира), например, размером 1000x1000 км (квадрат местности — в масштабе 10 км/см квадрат соответствует размеру

карты 100x100 см на бумажном носителе), так и их произвольные комбинации. Учитывая, что в 1 см ЖК-экрана МФЦИ размещается примерно 33 пикселя (для экрана с линейными размерами видимой части экрана 211,2x158,4 мм и количеством пикселей 640x480 по вертикали и по горизонтали) все изображение ЦКМ может быть размещено в цифровой области размером 3300x3300 пикселей. При этом на экране МФЦИ будет отображаться только видимая зона изображения ЦКМ в соответствии с имеющимся разрешением ЖК-экрана.

Для загрузки цветовой палитры и создания библиотеки графических примитивов была разработан комплекс алгоритмов. Алгоритм подготовки и занесения в МФЦИ компонентов данных и программ приведен на рис. 4.

( Начало \

з

А «.., Запуск САПР ;

данных

I

| Создать

~--.палитру?

{ -'-..•'-Да

/---------------

Нет г-.......—т-------- , ------/ Ввод кода К(Ы /

ячейка 1

* ' '

Нет _____±...........

/Ввод кода Л(1В / ячейка N /

ZI

"Создать библиотеку внутренних углов?.,-

Расчет внутренних. углов

V~"r::r/

/ Сохранение на : f HDD '.eng...../

ns, L■»Mti'Jhriää

--F*

fr

--*"' Загрузить компоненты данных?

"1.

Да

lk i

Hei

/Загрузка данных /

Загрузка ' -.. s-4-4. успешна?

¡ Изделие авионики I готово к работе

4

Конец

Ii

1 III fi ill ШйШ

и

i Нет

/ Сохранение на /

L __ HDD ! P«! /

Создать шрифт?/--

"I Да

/ Ввод символа 1

{векторный формат)! т—

________1-.-.....- -

/ Ввод символа N !(векторный формат) /'

Сохранение на / HDD *.chr

____J

/

Рисунок 4 - алгоритм подготовки и загрузки компонентов данных в МФЦИ.

Алгоритм позволяет создавать электронные образы символы алфавита в кодировке ASCII (American Standart Code for Information Interchange), так и знаки специального типа. Так же оператор формирует палитру цветов для отображения индикационного кадра на экране МФЦИ. Загружаемые файлы

компонентов данных условно обозначены как *.pal, *.chr, *.ang соответственно для файлов палитры, библиотеки шрифтов и символов согласованной конфигурации, библиотеки внутренних углов.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассматривается решение оптимизационных задач выбора параметров и исследования физических свойств бортового средства индикации на основе ЖК - панели.

Влияние специфических требований к пилотажно-навигационному комплексу (ПНК) на требования к МФЦИ учитывается в модели оптимизации, основанной на принципе превосходства одних параметров проектирования МФЦИ над другими. Основанием для вывода об абсолютном превосходстве одних параметров над другими параметрами служит степень различия параметров по важности, при которой сравнение значений параметров проектных альтернатив осуществляется только по самому важному параметру без учета значения остальных, затем только по второму параметру и т.д.

Информация об абсолютном превосходстве одних параметров над другими позволяет проранжировать возможные варианты проектных решений с использованием процедуры лексикографической оценки. Реализация процедуры лексикографической оценки предусматривает декомпозицию исходной многомерной задачи оптимизации (например, методом последовательных уступок) в определенную последовательность задач (стратегию) оценки по иерархически упорядоченным скалярным параметрам.

Предполагается, что первый параметр важнее второго, второй - третьего, и т.д., т.е. каждый последующий параметр сужает множество проектных решений, получаемых на основе совокупности предыдущих параметров. Это означает, что если в исходной задаче оптимизации с одним параметром имеется несколько проектных решений и для дальнейшего выбора последовательно применяются дополнительные параметры, то получаемые в результате стратегии решения будут оптимальными для соответствующей лексикографической задачи с векторным параметром, состоящим из всех поочередно рассматриваемых параметров.

На рис. 5 представлен алгоритм, основанный на процедуре лексикографической оценки, решающий проектную задачу выбора параметров бортового средства индикации на этапе проектирования МФЦИ. Параметры в алгоритме ранжированы по предпочтению. Наличие обратных связей в алгоритме предполагает итерационный путь достижения наилучшего значения для каждого параметра. Для наглядности представления принципа построения алгоритма рис. 5. Целесообразно его рассмотреть на примере решения задачи выбора оптических параметров МФЦИ.

Релевантными оптическими параметрами МФЦИ, влияющими на визуальные характеристики восприятия наблюдателем изображения, являются:

1) неравномерность яркости изображения по полю ЖК-панели;

2) яркость цветов и оттенков, заданных в цветовой палитре МФЦИ цифровыми кодами RGB;

3) яркостной контраст изображения, индицируемого на МФЦИ;

4) цветовой контраст изображения, индицируемого на МФЦИ;

5) цветовой охват воспроизводимых на ЖК-панели цветов и оттенков;

6) коэффициенты диффузного и зеркального отражения.

(

НАЧАЛО

3

1

Оценка неравномерности яркости ЖК-панели Замена узла ламп подсвета ЖК-панели

11астройка параметров САУ теплового режима

Измерение яркости цветов цветовой палитры МФЦИ

Настройка параметров алгоритма коррекции цветового охвата по Л„

Установка угла линии визирования изображения на МФЦИ в составе ЛА

т

Опенка яркостного контраста изображения Настройка параметров алгоритма АРЯ

Нет

ЖК-панели

Оценка коэффициента зеркального отражения

1 Введение внешнего светофильтра 2 Рагидизация ЖК-панели 3 Изменение палитры

-К

Рисунок 5 - алгоритм решения проектной задачи выбора оптических параметров бортового средства индикации, выполненного на базе ЖК-панели.

Неравномерность яркости изображения ЖК-панели обусловлена технологическим разбросом яркости свечения источников заднего или бокового подсвета белого спектра свечения (газоразрядные лампы, светодиоды). Визуально неравномерность яркости воспринимается наблюдателем за счет

наличия существенной разницы в яркости изображения в различных участках экрана. Опытным путем и испытаниями на подтверждение ресурса изделия установлено, что снижение яркости в центре ЖК-панели свойственно экранам с газоразрядными лампами подсвета.

Неравномерность яркости по краям ЖК-панели свойственна как экранам с газоразрядными лампами подсвета, так и с подсветом на основе светодиодов. В большинстве случаев неравномерность яркости по краям панели проявляется за счет несовершенства конструктивного исполнения изделия, при котором отдельные части жидкокристаллической матрицы оказываются на разном расстоянии от источника подсвета, в результате чего эти части имеют повышенную (пониженную) яркость изображения.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ проведена серия экспериментов по оценки оптических параметров МФЦИ.

Входе серии экспериментов определен коэффициент яркостного контраста изображения при различной внешней освещенности для основных цветов, отображаемых на экране МФЦИ. Проведено исследование распределения яркостного контраста изображения, в результате проведенного исследования определена ЖК-панель, отвечающая требуемому значению яркостного контраста изображения 2:1 на различных моделях МФЦИ.

С целью определения значений кодов компонентов RGB цветов, устойчивых к уровню внешней засветки, была разработана специализированная программа для модификации кодов RGB в цветовой палитре. Были получены (х, у) - координаты цветности элементов изображения (символы, линии, мномознаки, площадные объекты и пр.), индицируемых на экране МФЦИ в различных цветах, устойчивых по значению яркостного контраста к внешней солнечной засветке.

Проведено исследование светотехнических параметров различных моделей индикаторов для оценки коэффициентов диффузного и зеркального отражения. Установлено, что качеством восприятия летчиком изображения пилотажно-навигационной информации и геоинформационных данных обладают бортовые средства индикации, у которых коэффициент зеркального отражения не превышает 0,1%, а коэффициент диффузного отражения не превышает 0,1%. Данными показателями обладает ЖК-панель фирмы SEXTANT.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена схема реализации жизненного цикла «проектирование - производство - эксплуатация» бортового средства индикации на основе ЖК-панели, описывающая взаимодействие проектных организаций, научно-исследовательских институтов, авиационно-ремонтных заводов, летных

доводочных баз и эксплуататоров.

2. Предложен алгоритм решения проектной задачи выбора параметров бортового средства индикации на основе ЖК-панели, основанный на процедуре лексикографической оценки параметров и процедурах оптимизации по частным критериям качества.

3. Предложено автоматизированное рабочее место, комплекс алгоритмов генерации проектных решений, модель геоинформационных данных и аэронавигационной информации бортового средства индикации.

4. Предложен алгоритм решения оптимизационной задачи исследования физических свойств и параметров бортового средства индикации, основанный на процедуре лексикографической оценки.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Парамонов П.П., Костишин М.О., Жаринов И.О., Нечаев В.А., Сударчиков С. А. Принцип формирования и отображения массива геоинформационных данных на экран средств бортовой индикации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, №6, с. 136-142. - 0,44/0,3 п.л.

2. Костишин М.О., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Нечаев В.А., Суслов В. Д. Оценка точности визуализации местоположения объекта в геоинформационных системах и системах индикации навигационных комплексов пилотируемых летательных аппаратов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2014, №1, с.87-93. -0,44/0,25 п.л.

3. Костишин М.О., Жаринов И.О. Исследование оптических параметров бортовых средств индикации i-еоинформационных данных // Вестник Череповецкого государственного университета, 2014, №2, с.5-9. -0,31/0,5 п.л.

4. Костишин М.О. Исследование влияния пиксельной структуры экрана на точность визуализации местоположения объекта в геоинформационных системах пилотируемых // Гироскопия и навигация, 2014, №2, с. 127.-0,38/1 п.л.

5. Костишин МО., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Богданов A.B. Оценка частоты обновления информации в видеопотоке индикации бортовых геоинформационных данных авионики // Вестник Череповецкого государственного университета, 2014, №4, с.9-15. - 0,44/0,3 п.л.

6. Костишин М.О., Жаринов И.О., Жаринов О.О. Исследование визуальных характеристик средств отображения пилотажно-навигационных параметров и геоинформационных данных в авионике // Информационно-управляющие системы, 2014, №4, с.61-67. - 0,44/0,4 п.л.

7. Жаринов И.О., Кирсанова Ю.А., Коновалов Н.В., Костишин М.О.

Алгоритм формирования и вывода картографических изображений в системах навигации пилотируемых летательных аппаратов // Мехатроника, автоматизация, управление, 2014, №8, с.68-72. - 0,31/0,3 п.л.

8. Костишин М.О., Шукалов A.B., Парамонов П.П., Жаринов И.О., Жаринов О.О. Алгоритмы автоматизации конфигурирования загрузочных компонентов аэронавигационной информации и геоинформационных данных авионики // Мехатроника, автоматизация, управление, 2014, №9, с.64-72. -0,5/0,25 п.л.

9. Жаринов И.О., Жаринов О.О., Парамонов П.П., Костишин М.О., Сударчиков С.А. Принципы построения автоматических систем в канале управления тепловыми и светотехническими характеристиками бортовых средств индикации // Известия вузов. Приборостроение, 2014, Т.57, №12, с.34-38.- 0,31/0,25 п.л.

Работы, опубликованные в материалах международных конференций, статьи в сборниках научных трудов:

10. Парамонов П.П., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Нечаев В.А., Костишин М.О. Принцип построения имитационной среды для отработки компонентов математического и программного обеспечения бортового оборудования // Сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов научно-педагогической школы кафедры ПБКС «Информационная безопасность, проектирование и технология элементов и узлов компьютерных систем» / Под ред. Ю.А. Гатчина, СПб: НИУ ИТМО, 2013, вып.2, с.110-115. -0,38/0,25 п.л.

11. Костишин М.О., Шукалов A.B., Жаринов И.О., Коновалов П.В. Автоматизация конфигурирования геоинформационных данных авионики на рабочем месте оператора // Сборник тезисов докладов Московской молодежной научно-практической конференции «Инновации в авиации и космонавтике-2014» (МАИ, 22-24 апреля 2014 г.), Москва: Изд-во ООО «Принт-салон», 2014, с.42-43,-0,13/0,3 п.л.

12. Книга Е.В., Жаринов И.О., Костишин М.О. Базовые структуры модулей и вычислительных систем интегрированной модульной авионики // Сборник трудов XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи. Математика. Информатика» (г. Анжеро-Судженск, 24-25 апреля 2014 г.), Томск: Изд-во Томского университета, 2014, ч.1, с. 137-144. - 0,5/0,4 п.л.

13. Костишин М.О., Жаринов И.О., Книга Е.В., Шукалов A.B., Богданов A.B., Коновалов П.В. Опыт применения мультипроцессора для формирования видеопотока изображения геоинформационных данных в авионике // Сборник трудов XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи. Математика. Информатика» (г. Анжеро-Судженск, 24-25 апреля 2014 г.), Томск: Изд-во Томского университета, 2014, ч. 1, с. 147-152. - 0,38/0,2 п.л.

14. Парамонов П.П., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Костишин М.О.,

Нечаев В.А., Книга Е.В. Организация информационного взаимодействия авиационных средств формирования и отображения геоинформационных данных // Сборник трудов XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи. Математика. Информатика» (г. Анжеро-Судженск, 24-25 апреля 2014 г.), Томск: Изд-во Томского университета, 2014, ч.1, с.159-164. - 0,38/0,2 п.л.

15. Костишин М.О., Жаринов И.О., Книга Е.В. Исследование эргономических свойств бортовых средств отображения пилотажно-навигационных параметров и геоинформационных данных в авионике // Сборник докладов XX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (14-18 апреля 2014 г.), Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014, т.1, с. 109-110. - 0,13/0,4 пл.

16. Книга Е.В., Жаринов И.О., Костишин М.О. Оценка параметров помехоэмиссии бортовой цифровой вычислительной машины в цепях электропитания // Сборник докладов XX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (14-18 апреля 2014 г.), Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014, т.1, с.103-104. - 0,13/0,4 п.л.

17. Костишин МО., Жаринов И.О., Жаринов 0.0. Оценка светотехнических характеристик бортовых средств индикации геоинформационных данных для основных отображаемых цветов и их оттенков // Сборник докладов XX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (14-18 апреля 2014 г.), Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014, т.1, с.111-112. -0,13/0,4 п.л.

18. Костишин М.О. Исследование влияния пиксельной структуры экрана на точность визуализации местоположения объекта в геоинформационных системах пилотируемых летательных аппаратов // Навигация и управление движением / Материалы XVI конференции молодых ученых, СПб, ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», 2014, с.291-296. - 0,38/1 п.л.

19. Костишин М.О., Жаринов И.О., Нечаев В.А. Метод создания загрузочного компонента аэронавигационной информации и геоинформационных данных авионики // Сб. трудов XII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» (г. Томск, 12-14 ноября 2014 г.), 2014, Томск: Изд-во Томского политехнического университета, Т.1, с.420-421.-0,13/0,4 пл.

20. Жаринов О.О., Жаринов И.О., Костишин М.О. Оценка средств отображения пилотажно-навигационных параметров и геоинформационных данных в авионике // Сб. трудов XIII Международной научно-практической конференции им. А.Ф. Терпугова «Информационные технологии и

- 5 598

математическое моделирование» (г. Анжеро-Судженск, 20-22 ноября 2014 г.), 2014, Томск: Изд-во Томского государственного университета, 2014, ч.1, с.79-84.-0,38/0,4 п.л.

Учебное пособие для вузов:

21. Парамонов П.П., Жаринов И.О., Суслов В.Д., Нечаев В.А., Шукалов A.B., Костишин МО. Теоретические основы построения САПР в авиационном приборостроении: Учебное пособие, СПб: НИУ ИТМО, 2013, 75 с. - 4,7/0,16 п.л.

Отчеты о выполнении НИОКР с участием автора:

22. Парамонов П.П., Шукалов A.B., Костишин МО. и др. Разработка системы ввода данных СВД-45: отчет по НИОКР. СПб: изд-во ФГУП СПб ОКБ "Электроавтоматика" им. П.А. Ефимова", 2012, ВИДК.460729.001 ИЗ, книга №1, 156 с. - 9,75/0,25 п.л.

23. Парамонов П.П., Шукалов A.B., Костишин М.О. и др. Разработка изделия К-045: отчет по НИОКР. СПб: изд-во ФГУП СПб ОКБ "Электроавтоматика" им. П.А. Ефимова", 2012, ВИДК.460729.001 ПЗ, книга №4, 85 с. - 5,32/0,25 п.л.

2012477726

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении

«Университетские телекоммуникации»

197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14

Тел. (812) 233 46 69.

Объем 1,0 у.п.л. Тираж 100 экз.

2012477726