автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Синтез помехоустойчивой информационной системы подвижного управляемого объекта с ранним обнаружением изменений свойств входных сигналов

1

----1

На правах рукописи

ПАВЛОВ Владимир Иванович

СИНТЕЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА С РАННИМ ОБНАРУЖЕНИЕМ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ ВХОДНЫХ СИГНАЛОВ

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (в отрасли технических наук)

05.13.01 - Управление в технических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж - 1997

Работа выполнена в Тамбовском высшем военном авиационном инженерном училище им. ФЗДзержинского.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник АНТИПОВ В.Н. (г. Москва)

доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР МЕЖОВ В.Е. (г. Воронеж)

доктор технических наук, профессор СКУГАРЕВ В.В. (г. Воронеж)

Ведущая организация

Науцнб исследовательский институт морской авиации (г. Санкт Петербург)

Защита состоится " ^ " среНрал^ 1998 г. в . час. на заседании диссертационного совета Д063.90.02 Воронежской государственной технологической академии (ВГТА) в аЗО по адресу г. Воронеж, проспект Революции,! 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГТА.

Автореферат разослан " 25" к о сря 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В различных направлениях деятельности гсовека широкое распространение получили информационные сигмы (ИС) различного назначения. Защита ИС от естественных и ис-сственно создаваемых (организованных ) помех представляет собой ну из важнейших проблем их синтеза, решение которой способно азать существенное влияние на эффективность использования обслу-шаемых ими объектов. Проблемы синтеза помехоустойчивых ИС осматриваются на примере ИС, применяемых в локации при управ-иии подвижными объектами, так как именно здесь как отдельно, так з совокупности проявляется действие различных видов естественных организованных помех. В настоящее время отмечается быстрое и эф-ктивное развитие методов и средств информационного противодей-

5ия .

Выводы и рекомендации по повышению помехоустойчивости рас-остраняются практически на все ИС.

Предметом исследования является помехоустойчивость ИС по-нжного управляемого объекта (ПУО) с ранним обнаружением изме-шй свойств входных сигналов, понимаемая не в узком смысле - как эсобность к выделению полезного сигнала из смеси его с помехами за гг селективных способностей ИС, а в широком - как способность к делению полезной информации, заложенной в принимаемых из ружавощей среды сигналах, в том числе и помежовых. Исследование эводится на математических и алгоритмических моделях ИС, ПУО и эужагащей среды, причем особое внимание уделяется необходимой и паточной степени адекватности при описании и воспроизведении этехающих процессов.

Прагматической целью исследования является повышение помехо-'ойчквоети ИС к действию организованных помех, наиболее эффек-шыми из которых обоснованно считаются маскирующие и имити-ощие помехи. Маскирующие помехи, обладая, как правило, значи-ъно большей мощностью по сравнению с полезными сигналами, стнчески имитируют внутренние шумы приемников большой интен-шости, что практически исключает возможность обработки полез-х сигналов. Следствием воздействия маскирующих помех на ИС яв-тся появление неинформативных измерений и перерывы в обработ-информации. Воздействие имитирующих помех на ИС приводит к шлению множества ложных сигналов, не отличаемых от полезных по [нформативным признакам. Это соответствует имитации возможной уации, когда реально в поле зрения ИС присутствует множество »екгов. Существенной особенностью функционирования ИС в таких

условиях является то, что в них производится обработка информации одновременно о нескольких физических объектах, причем число объектов и значения их параметров случайны и случайным образом изменя ются с течением времени - на смену объектам, прекратившим свое суще ствование или выходящим за пределы зоны контроля ИС, в случайны! моменты времени появляются новые. Задачи управления ИС ъ хаки: условиях достаточно успешно решаются с помощью научно методического аппарата управления процессами наблюдения. В на стоящее время достаточно хорошо развиты общие методы анализа 1 синтеза систем со случайными скачкообразными изменениями струсту ры на основе рассмотрения их динамики в пространстве состояний ] интегрирования обобщенных уравнений Фоккера - Планка - Колмс горова для функций плотности вероятности. Приближенные метода основаны на анализе уравнений для вероятностных моментов фазовы координат системы и уравнений для вероятностей состояний (структур в которых находится система.

Однако особенности задач, возникающие при действии на № ПУО организованных помех, не позволяют для их решения воспользс ваться разработанными в классе систем случайной структуры алгори' мами обработки информации в существующем виде. Это обусловлен тем, что существующие алгоритмы ориентированы на скачкообразнс изменение свойств процессов и параметров систем, в то время, как на! более трудно различимые, но часто встречающиеся постепенные изм нения свойств случайных процессов не рассматриваются, Соохве ствующая данному случаю и в то же время являющаяся самостоятел ной задача о скорейшем обнаружении момента изменения свойств сл; чайных процессов (задача о "разладке") усилиями многих авторе практически решена. При этом достигнуты потенциальные характер стики процедуры обнаружения только при скачкообразш "разладке". Существующие методы обнаружения постепенно возн кающей "разладки" не удовлетворяют потребностей практики, а имен) - относительно большая задержка в обнаружении "разладки" не позв ляет разрабатывать алгоритмы, устойчивые к действию организова ных помех.

Таким образом, актуальность научной проблемы, решаемой диссертации, связана с тем, что существующие методы и модели разу ботки помехоустойчивых информационных систем не дают достаточЕ го эффекта защиты от помех, имитирующих постепенные изменения г раметров систем или свойств входных сигналов, из-за отсутствия ме; низма повышения вероятности принятия правильного решения "разладках" и сокращения задержек при их обнаружении.

Диссертационная работа выполнена в Тамбовском ВВА1 им.ФЭ.Дзержинского в соответствии с Приказом МО СССР N80

(.02.1989 г. и Приказом ТВВАИУ N20 от 24.01.1991 г. Работа выполнись в рамках НИР "Переплавка", заданной постановлением СМ ССР N741-208 от 19.06.1986 г. и Поручением Комиссии по военно-юмышленным вопросам при СМ СССР от 10.09.1987 г. и НИР ивтомат", заданной НТК ВВС N29102 от 24.01.1992 г.

Целью диссертагоюпной работы является развитие методологии, учных основ синтеза информационных систем подвижных объектов . базе теоретического обобщения, разработки математических, алго-гшических моделей раннего обнаружения изменения свойств входных гналов и управления процессом наблюдения.

Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач: изучение особенностей синтеза помехоустойчивых информацион-IX систем подвижных объектов и определение направлений исследо-ний;

определение классификационных признаков входных сигналов и мех, разработка математических моделей условий функционирова-я помехоустойчивых информационных систем подвижных объектов, дверженных организованному противодействию;

разработка методов и алгоритмических моделей управления из-рителями информационной системы на случай наблюдаемости изме-*ий свойств входных сигналов;

структурный синтез измерителей информационных систем по-«сных объектов, предназначенных для функционирования в услови-действия организованных помех;

разработка методов, математических и алгоритмических моделей шего обнаружения моментов изменения свойств случайных процес-( по информации измерителя и индикатора. Обобщение на случай юльзования для обнаружения только измерителя;

разработка метода структурного синтеза помехоустойчивых ин-эмационных систем подвижных объектов на базе математических, •оритмических моделей раннего обнаружения постепенных измене-1 свойств входных сигналов и алгоритмических моделей управления щессом наблюдения. Обобщение на случай скачкообразных измене-1 свойств входных сигналов или параметров систем;

реализация результатов теоретических исследований в бортовой Ьормационной системе подвижного объекта, разработка алгоритми-кого обеспечения.

Методы исследования. Выполненные исследования базируются на ользовании теории статистических решений, теории условных мар-ских процессов, теории систем со случайно изменяющейся структу-'[, теории последовательных решений. Общей методологической овоЙ является системный подход.

Научная новизна диссертации заключается в развитии методоло гии и научных основ синтеза помехоустойчивых информационных си стем подвижных объектов с ранним обнаружением изменений свойсл входных сигналов:

в физическом обосновании и аналитическом описании нового та па классификационных признаков входных сигналов и помех ИС - со путствующих признаков, возникающих при изменениях свойств вхоя ных сигналов или параметров систем;

в разработке способа отображения воздействия организованны помех на выходные сигналы измерителей информационных систем, от личающегося возможностью учета сопутствующих признаков;

в разработке в рамках теории динамического эксперимента мете дов и соответствующих алгоритмических моделей управления измери телями помехоустойчивых информационных систем подвижных объек тов, отличающихся возможностью раннего обнаружения воздействи организованных помех и одновременным двухуровневым управление] каналом наблюдения и контуром управления измерителя;

в разработке метода синтеза структур измерителей информацион ных систем, отличающегося введением индикатора сопутствующег признака, управляющего структурой измерителя;

в новой строгой постановке и разработке двух методов решени задачи раннего обнаружения изменений свойств случайных процессо по информации измерителя и индикатора. В разработке математич; ских и алгоритмических моделей раннего обнаружения постепенны изменений свойств входных сигналов. В обобщении разработанны методов на случай использования дня обнаружения только измерителя: в разработке метода структурного синтеза помехоустойчивых иь формационных систем подвижных объектов, отличающегося возмоя ностью управления структурой в каждый текущий момент времени н основании априорной информации об интенсивностях изменени входных сигналов, выходных сигналов индикаторов сопутствующи признаков и выходных сигналов измерителей. В обобщении метода н случай скачкообразных изменений свойств входных сигналов или пе раметров систем.

На защиту выносятся:

1. Методология и научные основы синтеза помехоустойчивы информационных систем подвижных объектов с ранним обнаружение изменений свойств входных сигналов.

2. Новые методы, модели, алгоритмы синтеза информационны систем и управления процессом наблюдения.

3. Алгоритмическое обеспечение, реализованное в бортовом вь числителе реального летательного аппарата.

Практическая значимость работы состоит в создании комплекса струментальных средств в виде методов, моделей и алгоритмов, едназначенных для синтеза структурных схем измерителей ИС, а оке для разработки информационного, математического и алгорит-ческого обеспечения помехоустойчивых информационных систем движных управляемых объектов с ранним обнаружением изменений эйств входных сигналов.

Реализация. Основные теоретические и практические результаты ссертационной работы реализованы в виде правовых актов, а имен: "Приложение к OTT 4.2.1. Раздел 6.4. Вып.1", "Приложение к OTT ¡.I. Раздел 6.4. Вып.2" , утвержденных МО РФ и являющихся обязанными дня организаций Министерства Обороны РФ, а также в виде: года классификации внешних условий функционирования и внутрен-х состояний информационных систем, алгоритмического обеспечения формационной системы распознавания ЛА, используемых в Гос. 10 АС (г.Самара); метода обнаружения факта воздействия помех и равления структурой ИС беспилотного JIA, используемого в НИЦ А (г.Санкт-Петербург); математических и алгоритмических моделей ннего обнаружения изменений свойств случайных процессов, ис-льзуемых в ПО 'Электроприбор" (г.Тамбов); метода оценки техниче-эго состояния образцов AT, алгоритма контроля и управления тех-ческим состоянием ИС, используемых в в/ч 15650 при разработке ме-гщк метрологического обеспечения испытаний AT. Результаты дис-лационной работы реализованы также в учебном процессе Там-вского ВВАИУ в виде учебника и лекционных материалов.

Апробация работы. Основные результаты исследований, вы-лненных по теме диссертации докладывались и обсуждались на спеющих Международных, Всероссийских и отраслевых научно-(нических конференциях : " Проблемы повышения эффективности ^.В" (г.Москва, 1985г.), "Проблемы помехозащищенности и повыше-я эффективности комплексов средств РЭБ" (гЛСиев, 1989г.), повышение эффективности систем наведения JIA в условиях РЭП" Минск, 1989г.), "Проблемы управления воздушным транспортом" Киев, 1989г., 1992г.), "Проектирование и производство систем ракет-го и артиллерийского вооружения" (г.Москва, 1990г.), "Проблемы вершенствования РЭК и систем обеспечения полетов" (г.Москва, 93г.), "Проблемы и перспективы развития КАВ" (г.Москва, 1993г.), [нформационные технологии и системы в авиации" (г.Москва, 94г.), "Проблемы технического обеспечения ВВТ" (г.Москва, 1995г.), [роблемы морской авиации, пути их решения и перспективы развития <" (г.Санкт-Петербург, 1996г.), "Радио и волоконно оптическая связь, кация и навигация" (г.Воронеж, 1997г.), "Повышение эффективности едств обработки информации на базе математического и машинного

моделирования" (г.Тамбов, 1993г., 1995г., 1997г.), а также на научно технических семинарах ВВИА им.проф.Н.Е.Жуковского, МВТУ им НЭ.Баумана, МАИ им.С.Орджоникидзе, Минском ВИЗРУ ПВО, Рос товском ВВКИУ РВСН, Киевском ВВАИУ, Киевском ИИГА, в/ч 48230 в/ч 75360, Тамбовском ВВАИУ.

Выполнено 19 научно-исследовательских работ (8 из них под на учным руководством автора), 18 из которых заданы Научно техническим комитетом и ГК ВВС и одна - постановлением CM ССС1 N 741-208 от 19.06.1986г. и Поручением Комиссии по военно промышленным вопросам при СМ СССР от 10.09.1987г.

Частично материалы диссертационного исследования были пред: ставлены в конкурсной работе на соискание премии им. "Ленинског комсомола".

Получены два патента на изобретения (один из них на способ).

Результаты исследований послужили основой выполнения дву кандидатских диссертаций под научным руководством автора. Публикации. По результатам проведенных исследований и практичг ских разработок опубликовано 107 научных работ, из них 19 отчето о НИР, 2 конкурсные работы, 1 учебник, 2 патента на изобретения, 8 статьи (из них 15 в центральных изданиях и изданиях академии нау РФ) и материалов докладов. Основное содержание работы изложено 46 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит i введения, шести глав, заключения, списка использованных источнике из 1$9 наименований, и 4 приложений. Основной текст изложен fi ,3ii?страницах. Работа содержит таблиц и 6б~ рисунков. Объе приложений ЗО стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана практическая и обоснована научная актуал ность проблемы, сформулирована цель работы, определены задачи и следования, научная новизна и значимость полученных теоретическ! результатов. Указаны выносимые на защиту научные положения и р зультаты, дана краткая аннотация работы по главам.

В первой гааве определены рамки и состояние проблемы синте помехоустойчивых ИС ПУО. Определен комплекс основных задач, р шение которых обеспечит решение проблемы в целом.

Детально рассмотрена сущность условий функционирования принципы построения моделей подвижных управляемых объектов и I информационных систем.

На многочисленных примерах из анализа публикаций показано, что существующие модели информационных систем ориентированы на функционирование в изменяющихся условиях из-за организованного противодействия внешней среды. Однако противодействие среды, учитываемое при моделировании условий функционирования в виде изменений интенсивностей белых шумов в модели движения ПУО и моделях функционирования составных элементов ИС, в виде изменения типов шумов, в виде проявления отказов различных элементов моделей ИС, надежно компенсируется только для ограниченных видов противодействия. Такие внешние условия, которые приводят к неинформативным измерениям или к ложным измерениям, по-прежнему являются эффективным противодействием информационным системам.

Приведены модели и рассмотрена сущность процессов обработки информации в ИС, а именно: процессов измерения, обнаружения, обнаружения-измерения. Предложено в дополнение к существующим широко применяемым источникам первичной информации использовать информацию о так называемых сопутствующих изменениям свойств случайных процессов признаках.

В качестве индикаторов дополнительных признаков, присутствующих в реализациях наблюдаемых процессов, могут выступать весьма разнообразные технические устройства: безынерционные измерители, фильтры, счетчики импульсов, логические устройства и прочие. Особенностью их функционирования является то, что выходной сигнал индикатора принимает два значения 0 или I в соответствии с отсутствием или наличием регистрируемого признака во входной индикаторной функции. Входная индикаторная функция имеет ту же физическую природу, что и измеряемая фазовая координата. Регистрируемый с помощью индикатора дополнительный признак фиксирует какую-либо особенность реализации наблюдаемого процесса, причем не обязательно той же физической природы, но стохастически связанную с измеряемой фазовой координатой.

Независимо от типа индикатора его функционирование можно описать условной вероятностью перехода из в состояние

ще 1к- индикаторная функция, соответствующая j - й фазовой координате; ^.-регистрируемый признак, Рг = 0,1; гк,гг+1 - выходные сигналы

индикатора в к - й и (к+1) - й моменты соответственно, = 0,1

Условие в (1) означает следующее: в к - й момент времени на входе индикатора наблюдается индикаторная функция 3 и регистрируется

наличие или отсутствие интересуемого признака Рг = 0,1, выходной

(1)

<гк+1,к + рк,Р„гк,к) =

сигнал индикатора г может принимать одно из двух состояний гк = 0, не обязательно совпадающих с Рг = 0,1. Условная вероятность перех< да в /){+1 - е состояние может быть представлена в виде

, три гк+, ф гк

где P(Jk) - вероятность наличия на входе индикатора индикаторнс функции; Р(РГ = 1), Р(РГ = 0)- вероятности наличия и отсутствия реп стрируемого признака в индикаторной функции соответственн! Р(гк+1\гк), Р(Зк+1\гк) - вероятности сохранения и изменения выходнох

сигнала индикатора соответственно. В диссертации приведена проц дура описания функционирования индикаторов с использование априорной вероятности наличия сопутствующего признака и статич ских характеристик: я(0|0)- вероятности правильного необнаружеш

признака; я(1|1) - вероятности правильного обнаружения признак;

я(0|1)-вероятности пропуска признака; я(1[0) -вероятности ложной тр

воги. Процедуры получения статических характеристик простых техн1 ческих устройств известны. Для индикаторов сопутствующих призы; ков они также могут быть определены экспериментальным путем.

Изменения выходного сигнала индикатора представляют собс марковскую цепь на два состояния. Индикатор, функционирование к< торого описывается выражением (2) может быть назван простейши! Для случаев, когда регистрируемый признак является сложным, но от сывается причинно-следственными связями, возможно использоваш последовательности простейших индикаторов. Для случаев, когда реп стрируемый признак связан с градуировкой фазовой координаты, во: можно параллельное использование простейших индикаторов.

Приведена модель управления процессом наблюдения в ИС. П< казано, что в тех случаях, коща в результате информационного проп водействия на вход ИС будут поступать ложные реализации исследу мого процесса, не отличаемые по неинформативным признакам от и тинных, в ИС будет формироваться оптимальная оценка ложного во тора фазовых координат, что в свою очередь приведет к резкому сн] жению помехоустойчивости ИС.

Рассмотрена эволюция моделей ПУО и его ИС. Показано, что аиболее адекватными являются модели, представленные в классе си--ем случайной структуры. Обобщенная модель ПУО имеет вид

7{к+1) = 9{У(к)ЛкШк\к +1], (3)

(е ф[...} - нелинейная векторная функция; 3(к) -дискретная цепь, и ха-иггеризуется номером детерминированной структуры и непрерывно-¡ачным вектором фазовых координат в каждой структуре, т. е. расши-

нным вектором состояния |У Т, £ | . При выполнении контуров из-

рения в классе систем со случайной структурой для естественного со-асования с измерением процессов типа (3) уравнение наблюдения дет иметь вид

2ъ=[ С®У<5) + Б^и® + (4)

i С® - ш х п - мерная матрица с известными при фиксированном знании 3=8 элементами; Б - скалярная марковская цепь с конечным чис-м состояний 5 = 1, N; У® - измеряемый векторный процесс с изме-ющейся в зависимости от в структурой; и© - г - мерный вектор равлений в в-й структуре; Б® - ш х г - мерная матрица с известными и фиксированном значении 3=5 элементами; - ш - мерный вектор прированного гауссова белого шума с С?® матрицей интенсивностей -й структуре контура измерения. Такая форма представления моделей гО и ИС является не только удобной для анализа разнородных про-сов в них протекающих, но позволяет наиболее адекватно отобра-ъ те особенности, которые возникают при различных изменениях :шних условий и внутренних состояний ПУО и ИС, изменении ре-нов управления, отказах и организованном противодействии.

Показано, что помехоустойчивость ИС при постепенных измене-IX свойств входных процессов, а также при наличии ложных реали-ий входных процессов, не отличающихся по неинформативным знакам от истинных, является неудовлетворительной. Достижение эйчивости ИС к действию организованных помех на структурном вне необходимо рассматривать как способность к целенаправлен-[у изменению структуры на основании обработки входных сигналов эмощью максимально возможного количества источников первич-информации.

На основании выводов по разделу сформулированы цель и зада-юследования.

Вторая глава посвящена моделированию условий функциониро-ля ИС ПУО, подверженной организованному противодействию. ®еден подробный анализ условий функционирований ИС при на-1И множества объектов, при действии маскирующих и имитирую-помех, при различных видах отказов: неравноточных измерениях,

случайных пропаданиях сигнала, постепенных изменениях свойств из мерителей. При анализе использованы методы теории статистически решений, теории систем со случайной скачкообразной структурой 1 теории последовательных решений.

Многообразие взаимных положений ПУО и одиночной цел представлено в виде таблицы тактических ситуаций, в которой разбие ние на непересекающиеся классы (ситуации) осуществляется задание! интервалов для выходных сигналов измерителей .

Задача классификации условий функционирования ИС ПУО зш чительно усложняется в статистически неопределенных ситуациях, ко1 да неизвестны соответствия между измерениями и целями, а также во: можно пропадание измерений и появление ложных измерений. Пропг дание измерений в естественных условиях связано с отказами в канала измерения, а появление ложных измерений может быть обусловлен как отличной от нуля вероятностью ложных тревог, так и наличием о| ганизованных помех.

Действие организованных помех на входе И С ПУО представлен в виде

Як ~ ЬкЛцк + ЬцсЯмПк + ЬкЧиП к > к=\,К , (!

где - коэффициенты, принимающие значения I или 0 в завис!

мости от того, присутствует или нет в к - й момент времени соотве ствующая составляющая в принимаемом сигнале; г\ц- сигнал, прин!

маемый от цели; Г}мп • сигнал маскирующей помехи; Г]рщ - сигнг имитирующей помехи. Каждый из сигналов 7жг и Щщ можно пре, ставить в виде совокупности своих составляющих аналогично (5).

Классификация помеховых ситуаций, складывающихся в текугщ момент времени, выполнена путем перебора значений коэффициенте в формуле (5) и представлена в виде таблицы. При классифик ции в словаре использованы новые, ранее не применявшиеся признак сопутствующие изменениям вероятностных свойств сигналов и систе что позволило повысить степень адекватности описания условий фун ционирования ИС ПУО.

Сделан вывод о том, что основной причиной, резко снижающ помехоустойчивость ИС, являются скачкообразные и постепенные у менения свойств входных сигналов и параметров систем. Показано, ч существующий научно-методический аппарат позволяет достаточ] надежно выявлять только скачкообразные изменения свойств проц< сов и параметров систем, в то время как постепенные изменения оби руживаются с неудовлетворительно большой задержкой.

Определены виды наиболее вероятного и опасного информаци-юго противодействия. К ним отнесено, в частности, функциониро-(ие ИС ПУО в условиях действия имитирующих помех.

В третьей пгаве разработаны модели управления процессом нападения в ИС ПУО в условиях информационного противодействия. \ анализ существующих и приведена обобщенная постановка задачи »авления процессом наблюдения.

Модель динамического эксперимента включает уравнение ПУО

Гк = Ак_{Гк_^Вкик+Рк$к, к=Щ, = (6)

Ук - п- мерный вектор фазовых координат; 17к - т- мерный вектор »авления ПУО (т < п)\ - я - мерный гауссовский вектор возмути с корреляционной функцией (к, к) — 0$к8 к ^ ; к - мат-<а интенсивностей; 5 к А - символ Кронекера; Лк.} , Вк , - детер-«рованные матрицы размером я х п , я х т илхл соответственно, ®нение измерений

2к-Ск(рк,гк)Гк + Кк, к=\Л , (7)

2к-1- мерный вектор измерений;Ык -1 - мерный гауссовский век-| ошибок измерений с корреляционной функцией Кц (к , И ) = 2нк8кк\ йык- матрица интенсивностей; Ск ( р к , ук ) - детер-шрованная матрица размером 1-х. п.

В отличии от задач фильтрации в уравнении (7) матрица Ск не за-[а, но зависит от параметров [1 к , ук , которые определяют условия ¡людения. Третьей составляющей модели динамического экспери-гга является уравнение для р. к и ук

Мк-/к-1[Мк-1>Гк)> Ро ~ Мй> к=Л,К , (8)

четом ограничений укеГк, к = 1,К, где /к.] (♦),

')-заданные функции; /¿0, % -заданные величины; Гк-заданное мно-

тво. Последовательность { ук } выступает в качестве управляющей.

При построении оптимальных процедур управления использова-ь простейший среднеквадратический критерий оценивания, вероят-тный критерий оценивания, а также среднеквадратический критерий •авления. Выявлено, что необходимым условием оптимальности »авления процессом наблюдения является обнаруживаемость изме-:ий свойств входных сигналов.

На примере одноканального измерителя, в котором в моменты [енения свойств конечные значения предыдущей реализации входно-процесса являются начальными значениями для последующей, пска-о, что в уравнения для апостериорных плотностей вероятностей в !естве слагаемого входят функции поглощения и восстановления

реализаций. Апостериорные плотности вероятности фильтруемого процесса для каждого из состояний при этих условиях вычисляются по формулам:

№<п-раиг)-,(?)+ 1(Ф(°г) -

I

г,л= ГТ5, = к = Щ

(9)

= (10)

где Ак\У),Вк^(У)- коэффициенты сноса и диффузии фильтруемого процесса в г - м состоянии; функции поглощения и восста-

новления реализаций; /^(У ,2.,1Т)- функция правдоподобия, зависящая от управления в соответствии с уравнением наблюдения (7), и определяемая по формуле

где 01 д - алгебраическое дополнение элемента д в определителе

| (21 матрицы 2 белых шумов измерителя. К формулам (б) и (7) добавляется £ уравнений для апостериорных вероятностей состояний

+¿дед:? -о.5за* *

Г=1 Г=1

1 /Й(У, г, [7)^,(7)^7 -1Р« 1 г,и)р^(У)с{г

.У Г" 1 Г

г,5 = 1,8, ¿¿ = 1к-гк_1, к~\,К

(12)

Апостериорная плотность вероятности для процесса в целом будет

£

рк (У) = 2 Рк Рк (7), на основании которой определяется оптималь-

3=1

А

ная оценка Ук.

Синтезирована структура многоканального измерителя в классе систем случайной структуры, предназначенного для функционирования

в условиях организованного противодействия (рис.1), где обозначено: КН - канал наблюдения; Ф - фильтр; И - идентификатор; БУ - блок управления; Кл - ключ; РУ - решающее устройство. Приведена процедура и показана возможность формирования оценок исследуемых процессов либо на основании выходных сигналов всех каналов наблюдения с весовыми коэффициентами, пропорциональными апостериорным

вероятностям состояний Ук = £ либо на основании вы-

тп-и=1

кодного сигнала одного канала с максимальной апостериорной вероятностью состояния Ут>к ~ ИУ)^■ Управление мно-

5=1У

гоканальным измерителем целесообразно организовать как двухуровневое: на первом уровне целью управления должно быть улучшение качества фильтрации, на втором - исключение неинформативных и ложных измерений.

Сделан вывод о том, что при воздействии имитирующих помех на ЛС гипотеза о вероятностной природе неконтролируемых факторов, «пользуемая в существующих алгоритмах планирования процесса наблюдения, не может быть принята, так как это ведет к завышению точности оценивания и, что в большинстве случаев недопустимо, к оцени-5анию вектора фазовых координат ПУО на основании сигналов имитирующих помех и принятию этой оценки в качестве истинной. Суще-гтвенно различные характеристики процедур оценивания при воздействии на ИС организованных помех получаются при ненаблю-[аемых и наблюдаемых моментах изменения вероятностных свойств йодных процессов.

В четвертой главе дан анализ существующих и перспективных ме-одов обнаружения моментов изменения свойств случайных процессов. 1оказано, что достигнуты предельные характеристики процедур обнажения, основанных только на измерении информативной составляющей исследуемого процесса. Приведена новая строгая постановка и сва метода решения задачи обнаружения изменений свойств случайна процессов по информации измерителя и индикатора.

Уравнение одного из каналов измерителя ИС для данного случая

южно записать в виде _

у = оЛ; к = \,К , (13)

де Ук - последовательность исходных данных, содержащая неинфор-[атнвный признак разладки Рг ; Ь] - известные однородные функции, оторые отличаются друг от друга величиной одного из параметров здя линейных функций - угловым коэффициентом; для гармонических |ункций - либо амплитудой, либо частотой, либо фазой и тому подоб-

ное.), J =0 соответствует исходным данным при отсутствии, а / = 1 при наличии разладки; Nj^ - белые дискретные центрированные гаус совские шумы с интенсивностью Qrf, к = \,К - номера дискретны;

моментов времени, разделенных одинаковыми промежутками Д/; К максимальное число шагов наблюдения в одной серии, ограниченно возможностями вычислителя. Регистрируется также выходной сигна: индикатора rk неинформативного признака

Гк~%,к(Ук>Ъ), (14

связанный с признаком Рг посредством оператора . Выходном; сигналу индикатора могут соответствовать два значения величины i s =0 соответствует отсутствию признака Рг и i =1 - наличию признак Рг в исходных данных. Оператор задается условной вероятность! перехода

из состояния sk.j в состояние sk .

При наблюдении последовательности Zk могут иметь место две ситуг ции: ¡2=0 и Q-\, причем событие {Q-1} означает "разладку" пош довательности, которая происходит в случайный момент времени I 1 < к < со с вероятностью Р < 1. "Разладка" заключается в постепе* ном изменении свойств последовательности, например, закона измен; ния математического ожидания. Задана априорная вероятность наш чия "разладки" Pk.i(Q =1) =Рi,i и условные плотности распределени вероятностей наблюдений Po(Zk)=p(Zk\Q=0), рi(Zk) =p(Zk\Q~

Л=Ло) при отсутствии "разладки" и ее возникновении в момент Ло соо-ветственно. Наблюдения как до, так и после наступления "разладо являются независимыми, а переходный процесс происходит за врем меньшее интервала времени Ах между последовательными отсчетам: Требуется по результатам обработки выходного сигнала измерите; (13) и индикатора (14) последовательным образом принять решение наличии или отсутствии "разладки" последовательности Z^

Принцип построения процедуры обнаружения заключается в сл дующем. Использование дополнительной информации от индикато] возможно по двум направлениям: первое - для управления величине порога, с которым сравнивается апостериорная вероятное "разладки", вычисляемая на основании выходного сигнала измерит ля; второе - для вычисления апостериорных вероятностей гипотез о н личии или отсутствии "разладки" на основании выходных сигнал* измерителя и индикатора.

g(Q,uk,X,k) =

(16)

Первый вариант. Пусть потери, от принятии решения ик = j об отсутствии (/=0) или наличии (/= 1) "разладки" на к - м шаге, имеют вид

при Q = 0, к < К,

gXJ(k) + C\k-X) при <2 = 1, к < К, g0J(K) ир«б = 0, £ =

%j{K) при <2 = 1, =

где £00(£) - потери, связанные с правильным необнаружением "раз-падки" - стоимость наблюдений; go\(k) - потери, вызванные ложной гревогой; g\i (к) - потери, связанные с правильным обнаружением "разладки"; С* - потери, вызванные задержкой в обнаружении "раз-падки" на один шаг; gi0(k) - потери, возникающие из-за пропуска "разладки"; ggj(K) и gij(K) - потери, аналогичные по содержанию g0j (к) и gijik), но связанные с принятием решения на последнем шаге текущей серии наблюдений и переходом к следующей.

В случае постепенной "разладки" справедливы соотношения:

gu(k) + C(k-Я)« <

МК)«ЫЮ<ЫП güj(K)<g,j(ky, gX}{k)<gXj{K)

Оптимальное байесовское последовательное правило обнаружения "разладки" последовательности Zk)k = 1,К, минимизирующее средний риск rkj(uk)=M\g(Q,Uiil'k >&)]> может быть найдено на основе минимизации апостериорного риска Ri^Zk,uk.2)=Ri^Zk) выбором

(17)

адс)=гап

irf Щд^Лкр^щ]^ Ци^г^щ)\zk,uk]

(18)

где изи иП - области решений, связанные с завершением и продолжением наблюдений соответственно. С помощью формулы полного математического ожидания, а также функции потерь (16) и ее свойств (17) можно определить, что

, А ^^ , , м МЗДк + Йн>(Ф ир« щ = О, щ8(<2,ик,л,к\гк,ик)\=\ (19)

где 1 ¡2к) - апостериорная вероятность "разладки". Решеш

и3, при котором статистика (18) минимальна

^ ик, К к)рк,ик ] = + £0оМ. (2С

имеет вид

р' = ° "Р" йоСВД^ЙиМО

ак(£к)={ (22

[/ = 1 при ы(к)Р1к>^(к)(1-Р1к).

Аналогичные (19) - (22) зависимости будут справедливы для втс рой минимизируемой компоненты в (18) в конечный момент времен К текущей серии наблюдений

(23

д(Р1К) = тт{мтх> Мт-^к)}, (24;

ЩЩ2к+1,икрк,ик)\ = \ „ (25

По физическому смыслу является наименьшим будущим апс

стериорным риском. Момент прекращения наблюдений определяете как г3 = тГ {Ш : д(Ри) = (26

Оптимальное правило обнаружения постепенной "разладки" мс жет быть представлено в виде

% при к& <г3, сС ) - 0 иры кЫ = Ц ; Р{ К < с3, (27

/ = 1 при kAl = t3; Р1К>с3, где значение порога сз в момент прекращения наблюдений

с,= г1о(*УЫ*) + Ы*)]- (28;

Независимо от того, какое из решений в (28) в результате сравж ния апостериорной вероятности "разладки" с порогом принято, поел момента (27) начинается новая серия наблюдений к - 1,К.

Апостериорная вероятность Р2 к "разладки" последовательност 7.к на к - м шаге определяется на основании формулы Байеса

+ к = = = (29)

где =

Если индикатор неинформативного признака безынерционный, го можно считать, что в момент к изменения сигнала на выходе индикатора "разладка" происходит с вероятностью Р& =1)=1 и произвести усечение правила обнаружения. Апостериорную вероятность "разладки" (23) необходимо сравнивать с новым значением порога

С3к= ЫК) / [£,о(К) + ЫК)], (30)

три этом правило обнаружения "разладки" будет иметь вид Г/«0 при Р1>к<с3к,

4= . . р ^ (31)

|у = 1 при Р1к>сзк.

После момента усечения наблюдения в текущей серии продолжается до момента (3 , определяемого в соответствии с (26), если до этого произошло обнаружения "разладки" по правилу (31). Сопоставляя шачения порогов (28) и (30) и учитывая соотношения (17) можно слегать вывод о том, что использование информации от индикатора при-юдит к сокращению задержки в определении "разладки" из-за сниже-1ия уровня порога.

Второй вариант. Пусть потери, имеющие место при принятии решения 1П = } е0,1 аналогичны (16), а из-за наличия имитирующих ис-:одную последовательность сигналов справедливы соотношения (11), ! которых [27]

Ы*) = *м(*), ЫФ =ЫК) • (32)

Тогда в случае одноальтернативной ситуации выбора одной из двух ■ипотез при пороге сравнения с3 = 0.5 апостериорная вероятность разладки" может бьпъ вычислена на основании выходного сигнала (змерителя и, стохастически связанного с признаком разладки <2 > вы" ;одного сигнала индикатора (14). Формула (29) примет вид

Р1>к= Р},к-1 / [Р^ К Чц, + (1-Р;л.;)], (33)

де Ак - / Ро^^ы), а решение о наличии "разладки" в

екущей серии принимается при Р1 К> 0.5, после чего происходит пе-1еход к новой серии наблюдений.

Проведенные теоретическое и практическое сравнения разрабо-аиного способа подтвердили его преимущества перед существующими пособами обнаружения постепенных изменений свойств случайных роцессов, заключающееся в значительном сокращении времени на ринятие правильного решения.

Пятая глава посвящена разработке алгоритмического обеспеч ния ИС ПУО. Разработаны: алгоритм определения тактических ситу ций, возникающих при применении ПУО, алгоритм распознавания п меховых ситуаций, алгоритм идентификации и управления структуре ИС, алгоритм контроля и управления техническим состоянием ИС.

Вычисление апостериорной вероятности Р^ каждой s - й ситу ции (тактической, помеховой, технического состояния и др.) при ра пределенных переходах осуществляется по формуле Байеса

Р<5> =

где a(s)

A{s)[X)тг(J,Pr)exp[-0,5Af /i<*>(Z)| Б P(í) AW(jr)ff(7,P,)expf-0,5Af A(í)(Z)l

(34

p(s) - Дг fp(s) í V(s,)- ív{!s)p{!) V s=IW i-Us

к-1

n=l

A„(Z)=arg8up{p[A(r,)prte]}, A(tk)-Ó¿,

и _

я-(7,Рг)= П я-т(7,Рг), т=1,М,

т=1 _ _

A« {Z)=íh№ (Z<V) s»ÍS, / = Ü , / = Ü,

(3!

(3< (3-(3! (3 (4i

(4

- апостериорная вероятность г-й ситуации на /с-м шаге счета, ос

ванная на обработке выходных сигналов измерителей, обнаружите! индикаторов, а также априорной информации об интенсивностях пе

ходов; Рк^ - прогнозируемая на один шаг А -Г^.; вероятность ^

А . .

ситуации; Лп(Х)- апостериорная вероятность наличия объекта в :

[енте разрешения; пт (д, к | Jk_ [, Pr, rk_ i, к -1) -условная вероятность ерхода т-го индикатора из rk.j - го в гк - е состояние; J - индикаторная ункция; Рг = 0,1 - регистрируемый признак; сг^^ --^Rf + R? -рогнозируемая на один шаг дисперсия фазовой координаты Y; Q ^ -исперсия флюктуационного шума 1-го канала измерителя в г - й си-

уацин; v^ - априорные интенсивности переходов между ситуациями.

Решение о сложившейся в текущий момент времени ситуации

ринимается по критерию Sk = arg max j, s = 1, S. (43)

s

Обработка информации в соответствии с (34) - (43) по S парал-ельным ветвям является алгоритмом распознавания ситуаций. В алго-итме (34) - (43) предполагается, что любая фазовая координата ПУО змеряется только одним измерителем. Для обнаружения какого-либо игнала (истинного или помехового) может использоваться один и бо-ее обнаружителей с различными принципами работы. Для индикации еинформативных признаков сигналов также может использоваться дин и более индикаторов.

В шестой главе проведено подробное исследование разработан-ого алгоритмического обеспечения ИС ПУО. Определены задачи, ис-одные данные и ограничения при моделировании.

При исследовании алгоритма обнаружения изменения зойств сигналов по данным измерителей и индикаторов в качестве на-пюдаемой была принята модель (13), в которой Lg(Yk ,Рг)=/о, ,j(Yk,Pr) = lj - детерминированные функции. "Разладка" заключалась о взаимных заменах ¡о и lj в случайные моменты времени, соотает-гвующие изменению состояния "ключа", генерирующего случайную арковскую цепь. Выходной сигнал индикатора моделировался другой

арковской цепью с состояниями sk =0 и =1, соответствующими гсутствию и наличию признака Рг в последовательности Zk . Считаюсь, что в момент наступления "разладки" признак Рг присутствует в с вероятностью, равной 1. Марковская цепь sk задавалась услов-ыми вероятностями переходов:

,!к=!1к-1о.к,к = ЪК. (45)

где статическая характеристика индикатора: Ч'(010) - веро-

ятность правильного необнаружения; И) - вероятность ложной тревоги - вероятность пропуска; *Р(111) - вероятность обнаружения признака. Статистика Лк в (29) и задавалась в виде

Л^Дг/а, 1Л(гк-1о,к)~0,5!гк

Величина порога в соответствии с процедурой (19) - (29) в случае малых стоимостей наблюдений g(¡o (к) и интенсивности шума <2лг > т-е-когда 1к /Q}fgoo(k) >> 1 , определялось по формуле:

oi=l-2QNg(íQ{k)/[ll-g0l{K)]t (46)

а при срабатывании индикатора в момент времени (Яц<к) как:

На рис.2 показан характер изменения апостериорной вероятности "разладки" при ее вычислении по формуле (29) - кривая 1 и по формуле (33) - кривая 2. Апостериорные вероятности "разладки", вычисляемые по формуле (29) и (33) сравнивались с порогом ¿^=0.5 с целью определения влияния индикатора задержку в принятии решения о "разладке".

На рис.3 представлена зависимость вероятности Р принятия решения о "разладке" от вероятности Ч*„ правильного срабатывания индикатора. Моделирование проводилось при М = 10-2с , Т = 10*3с, К= 3-102, ^/<2^10; ^=10-3,^=2.10-3, = 1,5-10-3, > 0,7. Анализ обобщенных характеристик, представленных на рис.2 и рис.3 показывает , что разработанный метод обнаружения начала постелен' ного изменения вероятностных свойств последовательности наблюде< ний инвариантен к закону формирования постепенной "разладки" * обеспечивает значительное сокращение задержки обнаружения при ис> пользовании одного измерителя и одного индикатора. Уровень ложньи тревог при обнаружении постепенной "разладки" разработанным мето дом остается таким же, как и у существующих.

Основными характеристиками алгоритмов оптимального управ ления процессом наблюдения является бессрывность и точность слеже ния за полезным сигналом. Бессрывность характеризуется уровнем ве роятности и продолжительностью слежения за полезным сигналом Точность - ошибкой слежения и дисперсией ошибок слежения за по лезным сигналом при действии маскирующих и имитирующих помех.

Программное управление {ук} (8) для многоканального управ пятого измерителя заключалась в определении моментов действи

аскирующих и имитирующих помех с последующим соответствующим правлением ключами Кл (рис.1). В качестве ограничения выступала гснтельность серии наблюдений. Критерий оценивания при апостери-рной гарантирующей фильтрации согласовывался с оператором, от-

Л.

бражающим реализацию измерений Ък в оценку Ук .

Модель динамического эксперимента включает в себя уравнение вижения ПУО (6), уравнение измерений (7), уравнения для обнаружена скачкообразных изменений вероятностных свойств последователь-ости наблюдений (32), (33) при ограничениях (8), а также уравнение тя апостериорной плотности вероятности фильтруемого процесса (9).

На рис.4 приведена типичная реализация скорости сближения 'сб— У ПУО, движущегося по инерции, с целью, движущейся со зна-эпеременным ускорением. Цель осуществляет постановку маскирую-их помех в интервалах времени, отмеченных более толстой линией на яжней оси времени. В качестве прогнозирующей принята гипотеза о эстоянстве ускорения в моменты, когда слежение за целью не произ-эдится. На рис.4 показаны также усредненные реализации наблюде-*я Z^c и оценки Ук, для многоканального измерителя при наблю-ьемых моментах начала и окончания действия маскирующих помех, зменение дисперсии К ошибки слежения показано на рис.5. Харак-ристика бессрывности показана на рис.б в виде изменения вероятиям Р слежения за полезным сигналом.

Анализ реализаций на данных рисунках позволяет сделать еле-тощие выводы: программа наблюдений {%}, удовлетворяющая раничению ук € Гк , Гк = {0,1}, при ук — 0, если измерение не юизводится и ук = 1 - если измерение производится, позволяет источить неинформативные наблюдения за счет представления дискри-шационной характеристики С^/лк, ук) в виде у Ск ; при наблюде-1И момента начала действия маскирующей помехи вероятность Р ежения за полезным сигналом резко падает, что влечет за собой про-грциональное уменьшение коэффициента усиления филмра, послед-1Й теряет чувствительность к вновь поступающим измерениям и в ка-стве текущей оценки выдает оценку экстраполяции.

Основным выводом по результатам исследования бессрывности и чности слежения при управлении процессом наблюдения в условиях йствия имитирующих помех является то, что совместное применение зработанных процедур распознавания постепенных "разладок" и оцедур управления каналами наблюдения в многоканальном изме-теле ИС способно обеспечить точное слежение за полезным сигналом же в том случае, когда цель совершает интенсивное маневрирование одновременную постановку уводящих помех, имитирующих ее дви-

жение в предыдущих циклах, а для осуществления бессрывного слежения за сигналом цели в условиях размножения имитирующих сигналов достаточным в многоканальном измерителе является количество каналов 7-9 при условии раннего обнаружения моментов изменения свойств входных сигналов.

Исследование алгоритма определения тактических ситуаций проводилось путем моделирования случайных переходов между четырьмя тактическими ситуациями в соответствии с графом, представленным на рис.7. Модель относительного движения ПУО задавалась в виде (3). Одна из реализаций смены ситуаций представлена на рис.8.

Обобщенные реализации вероятности Р ^ правильного определения /-й текущей тактической ситуации приведены на рис.9. Зависимость вероятности Р ^ и интервала времени Дх , затрачиваемого алгоритмом на принятие правильного решения, для разных значений отношения сигнал/шум Ъ /¡2^ на выходе измерителя и разных отношений длительности действия маскирующей помехи и длительности цикла наблюдения кп ДгАКД? = ф, где кп - количество тактов действия маскирующей помехи, показаны на рис.10 и рис.11 соответственно.

Анализ графиков показывает, что: распознавание тактических ситуаций в беспомеховой обстановке затруднений не вызывает. Вероятность принятия правильного решения о текущей тактической ситуации находится на уровне 0.99, а время, затрачиваемое на принятие правильного решения, приблизительно равно 0.05 с; интенсивность смены тактических ситуаций в беспомеховой обстановке практически не влияет на характеристики алгоритма; при увеличении отношения ф , характеризующего неинформативное состояние измерителя за счет действия маскирующей помехи, вероятность правильного определения текущей тактической ситуации уменьшается. При значениях ф >0.6 необходимо совместное использование алгоритма определения тактической и алгоритма распознавания помеховой ситуаций.

Исследование алгоритма распознавания помеховых ситуаций проводилось путем моделирования случайных взаимных переходов между пятью помеховыми ситуациями. Для распознавания использовался один измеритель (7), два обнаружителя - обнаружитель сигнала цели и обнаружитель уводящей по направлению помехи и один индикатор - индикатор уводящей по скорости помехи. При моделировании принималось, что вероятности правильной работы обнаружителей и индикаторов Щ10), 11)=0.7-0.9 при Ч\01 1), 10) < 1-10°.

Смена ситуаций моделировалась с помощью алгоритма "ключа", порождающего дискретную марковскую цепь с пятью состояниями. Ве-• роятности ситуаций вычислялись по алгоритму (34)-(42), а оценка складывающейся в текущий момент ситуации по критерию (43).

Цель моделирования заключалась в проверке работоспособности ггоритма распознавания, в определении промежутка времени Ат*> заучиваемого на принятие правильного решения с момента изменения эмеховой ситуации, а также в определении уровней вероятностей (з)

^ . Величина Лт* характеризует быстродействие алгоритма распо-1авания, а разброс значений Р^ при критерии максимума апостери-зной вероятности (43) - степень достоверности принимаемых решений. 1к, если в процессе решения уравнений (34) - (42), апостериорные знания вероятностей ситуаций находятся примерно на одном уровне, то мгговерность решения, принимаемого по критерию (43), мала. Степень >стоверности решения увеличивается по мере увеличения разности в ювнях апостериорных вероятностей сложившейся в данный момент >емени и остальных помеховых ситуаций.

Алгоритм распознавания исследовался по трем направлениям.

пределялась его критичность (зависимость величин Лт* , Р{5) ) к до-оверности априорной информации об ингенсивностях переходов (¡г)

у ' между ситуациями, критичность к интенсивностям шумов измери-лей <2*//> а также критичность к вероятностным характеристикам об-фужителей и индикаторов Щ.

Результаты исследований приведены на рис.12 - рис 15. а основании анализа результатов показано , что измеритель является щежным распознающим элементом при значениях отношения сиг-ш/шум 2. / Q}f > б. При 7}/ 2лг < 6 наблюдались отдельные лож->1е решения; в случае функции Лт* = /; /

имеют одинаковый вид для всех ситуаций; веро-ности правильного функционирования обнаружителей и индикато->в должны бьпъ Ту>0.7. В этом случае время, затрачиваемое алго-гтмом на распознание изменившейся помеховой ситуацией, находится приделах 0.01 <, Ат'й 0.1 с, а апостериорная вероятность слоившейся в текущий момент времени ситуации > 0.6, в то время

ис апостериорные вероятности остальных ситуаций 0; При уверении количества используемых для определения номера текущей >меховой ситуации обнаружителей и индикаторов время на принятое :шения сокращается и алгоритм приобретает свойства ключевой :емы; при низком отношении сигнал / шум на выходе измерителей из-[ действия организованных помех решение о сложившейся помеховой пуации может бьпъ принято на основании сигналов обнаружителей и щикаторов при их необходимом количестве.

В заключении приведены основные результаты работы.

Заключение

Основным результатом диссертационной работы являются разработанные методология и научные основы синтеза помехоустойчивых информационных систем с ранним обнаружением изменений свойств входных сигналов, обеспечивающие построение инструментальных средств в виде алгоритмического и программного обеспечения бортовых вычислителей подвижных управляемых объектов.

Результаты работы заключаются в следующем:

1. Синтез помехоустойчивых информационных систем подвижных объектов в настоящее время осложнен вследствие, во-первых, отсутствия методов адекватного описания и классификации условий функционирования ИС при действии организованных помех, во-вторых, неудовлетворительных для практики эксплуатации ИС характеристик обнаружения постепенных изменений свойств процессов, протекающих в И С как в естественных условиях, так и при действии организованных помех, которые могут быть достигнуты при применении существующих методов теории последовательных решений и теории систем со случайной структурой, и, в-третьих, отсутствия единой методологии синтеза структур и соответствующих им законов управления каналами наблюдения ИС ПУО, предназначенными для функционирования в условиях информационного противодействия.

2. Разработанные в диссертации модели и метод классификации условий функционирования информационных, систем, методы управления измерителями ИС, метод синтеза структур измерителей ИС, методы раннего обнаружения изменений свойств случайных процессов, метод структурного синтеза ИС подвижных объектов в совокупности образуют методологическую основу для разработки алгоритмического и программного обеспечения помехоустойчивых информационных систем подвижных объектов с ранним обнаружением изменений свойств входных сигналов.

3. Определены классификационные признаки входных сигналов и помех. Использование совместно с детерминированными и вероятностными признаками входных сигналов нового типа сопутствующих признаков позволяет более детально отобразить воздействие организованных помех на выходные сигналы измерителей ИС. Разработанные математические модели условий функционирования ИС с применением сопутствующих признаков учитывают необходимое количество представительных факторов.

4. В рамках теории динамического эксперимента разработаны методы и соответствующие им алгоритмические модели управления измерителями ИС ПУО, отличающиеся возможностью раннего обнаружения воздействия организованных помех и одновременным двухуровне-

вым управлением каналом наблюдения и контуром управления измерителя. На способ управления антенной радиолокационной станции и но-гителем при действии мерцающих помех, разработанный в соответствии с данными методами, получен патент на изобретение.

5. Разработанные методы и алгоритмические модели управления как дня одноканального, так и для многоканального измерителей, позволяют исключить неинформативные и ложные измерения, за счет раннего обнаружения изменений свойств входных сигналов и, как след-зтвие, повысить точность оценивания вектора фазовых координат по-даижного объекта. Материалы по данным разработкам переданы в в/ч 44386, где использованы при обосновании ТТЗ на НИР, заданных тредприятиям промышленности на период до 2000 года.

6. Разработан метод синтеза структур измерителей ИС, в котором 5 качестве управляющего струюурой элемента используется индикатор зопутствующих признаков, а минимизация задержки управления структурой обеспечивается применением критерия максимума апостериор-той вероятности. На структуру следящего измерителя, синтезированную с помощью данного метода, получен патент на изобретение.

7. Разработаны новые методы раннего обнаружения изменения ;войств случайных процессов по информации измерителя и индикато-эа. Обосновано новое правило усечения наблюдений по информации 1ндикатора и новая процедура формирования решающей статистики с одновременным использованием информации от измерителя и индикатора. Методы обобщены на случай использования для обнаружения вменения свойств случайных процессов только измерителя.

8. Разработаны новые математические и алгоритмические модели >аннего обнаружения изменений свойств случайных процессов по информации измерителя и индикатора. Разработанные модели отличают-;я возможностью обнаружения постепенных изменений свойств слу-1айных процессов в реальном масштабе времени и обеспечивают высо-сий уровень вероятности принятия правильного решения. Разработан-¡ые модели являются дальнейшим развитием аппарата теории опти-«ального обнаружения сигналов. Материалы по данным разработкам 1ереданы в АО 'Тамбовский завод 'Электроприбор", где использованы 1ри изготовлении изделий, заказанных в/ч 25966.

9. Разработанный на базе математических, алгоритмических мо-(елей раннего обнаружения постепенных изменений свойств входных игналов и алгоритмических моделей управления процессом наблюде-шя метод структурного синтеза ИС, отличается возможностью управ-юния структурой в реальном масштабе времени путем переключения истемообразующих связей на основании априорной информации об [нтенсивностях изменений входных сигналов ИС и всей доступной лостериорной информации. Разработанный метод структурного син-

теза ИС позволяет в каждый текущий момент времени адаптировать* к степени несоответствия априорной информации об интенсивносгп изменений с фактическими интенсивностями изменений входных сиги лов. Данный метод обобщен на случай скачкообразных изменен» свойств входных сигналов или параметров систем. Материалы разр боток переданы в Самарское Гос. НПО АС, где использованы при си тезе структуры информационной системы распознавания ЛА.

10. Разработанное алгоритмическое обеспечение, включающ алгоритм определения тактической ситуации подвижного объекта, а горит распознавания помеховых ситуаций в ИС, алгоритм идентиф кации и управления структурой ИС, алгоритм автоматического выбо; режима работы ИС, позволяет управлять информационной систем! подвижного объекта в условиях информационного противодейств дня достижения требуемой помехоустойчивости ИС и выполнения < функций по предназначению. Разработанное алгоритмическое обесг чение передано в Самарское Гос. НПО АС, где использовано в инфс мационной системе распознавания ЛА.

11. Разработанные метод оценки технического состояния обр! цов авиационной техники, алгоритм контроля и управления техни> ским состоянием информационных систем позволяют оператнв управлять состоянием ИС, а также осуществлять текущий самокогарс бортового вычислителя ИС интеллектуальными средствами и отказа' ся от периодически включаемых тестовых программ контроля. Мет оценки технического состояния образцов авиационной техники, ал ритм контроля и управления техническим состоянием ИС использо] ны в в/ч 15650 при разработке межвидовых документов системы 01 методик метрологического обеспечения испытаний авиационной tcxi ки. Данные метод и алгоритм позволили повысить достоверность зультатов контроля, а также сократить трудозатраты при испыта* авиационной техники.

12. Элементы методологии синтеза информационных систем i движных объектов с ранним обнаружением изменений свойств вх ных сигналов использованы при написании учебника "Авиацион: ракетное вооружение" и материалов лекций "Авиационные упраш мые ракеты и бомбы", читаемых в Тамбовском ВВАИУ.

Содержание диссертации отражено в 107 публикациях, основнь из которых являются:

1. Павлов В.И. Алгоритм оценивания состояния систем со случайно изменяющейся структурой // Сб.НММ/ ТВВАИУ.-1988.-N8. С.28-:

2. Павлов В.И., Кириченко АЛ. Синтез информационной системы беспилотного летательного аппарата II Сб. НММ/ ТВВАИУ. - 19S N10.-С.55-60.

Павлов В.И. Управление процессом наблюдения при наличии имитирующих помеховых сигналов // Сб. НММ /ГВВАИУ.-1991. -N10.0.51-55.

Павлов В.И. Автоматизация выбора режима работы СУВ ЛА// Сб. статей по проблемам повышения эффективности ПНК. - Киев: ЕСВВАИУ. - 1990. - С. 26-30.

Павлов В.И. Управление изменениями структуры системы наведения высокоточного боеприпаса. - Сб. статей. - М.: МВТУ им. Баумана, 1990. С. 26-31.

Павлов В.И. Управление процессом наблюдения при обнаружении потока объектов/ Материалы 2-й междунар. конфер. по проблемам управления воздушным транспортом. - Киев: КИИГА, 1992. С.55-56. Павлов В.И. Определение траектории объектов в присутствии имитирующих помех / Материалы НТК, посвященной 60-летию факультета авиационного вооружения ВВИА. 1994. - М., С. 40-44. Пат. 1828704 АЗ СССР, МКИ3 0 013 7/36. Система автоматическо го слежения по частоте с ранним обнаружением уводящей по скорос ги помехи / В.И. Павлов, А А. Авдеев (СССР) N4877064/09; за явл .30.09.90.

Пат. 2011138 Россия, МКИ5 Р4Ю 7/00. Способ управления антенной РЛС и носителем при действии мерцающих помех / В.И .Павлов, &.И.Кретов, С.Н.Румянцев (Россия) N5020039; заявл. 1.07.91; опубл. 15.04.94, БюлЛт7.

Павлов В.И. Помехоустойчивая информационная система беспи тотного ЛА // Проблемы морской авиации, пути их решения и перс пективы развитая АК: Тез. докл. Межвед. науч. тех. конф. 1996. -С.-Петербург, 1996. С. 56-59.

Павлов В.И. Контроль состояния технических систем. //Химическое и нефтяное машиностроение. - 1997. - N1. - С. 28-29. Павлов В.И. Контроль и управление состоянием технической си ¡темы. //Химическое и нефтяное машиностроение.-1997.-Ш.- С.22-23 Павлов В.И Автоматизация управления состоянием технических систем.//Химическое и нефтяное машиностроение.- 1997.-Ш.-С.27-28 Павлов В.И. Оптимальное обнаружение изменения свойств случай 1ых последовательностей по информации измерителя и индикатора // Автоматика и телемеханика.- 1997. - N12. Павлов В.И. Минимизация задержки в обнаружении изменения свойств случайных последовательностей // Радиотехника.-1997.-N8.-С. 68-74.

Павлов В.И. Синтез оптимального управления процессом наблюде ния в многоканальном измерителе. // Радио и волоконноопт. связь, локация и навигация: Тез. докл. Всеросс. науч.техлс*г^ф. 1997.- Воронеж, 1997. С. 105-107.

у

уш

I I \ы> 11

№

кн,

и

Р(У)

ф|

р-Чг)

РС2)

* X

ф,

КлЗТ

БУ

Кл37

РУ

Рнс.1 Структурная схема многоканального измерителя

Ри

1 X

07 08 09

Рис.2. Изменение апостериорной вероятности "разладки": 1 - для вычислений по формуле (29); 2- для вычислений по формуле (33).

Рис.3. Зависимость вероятности принятия решения о "рачю; от вероятности пр спилы срабатывания индикатора.

л*Г>

800 600 500

400 300

г*

У* л Ук 2*

\

0 2

8 10

12 кЛИс — кЛг/с

Рис. 4. Изменение скорости сблгозешя ПУО с целью во времени.

Я

лА? 10^

ю

\ К д

V X А Г\/

0 2 4 6 ¿V

8 10 12 кЛг/с _ кЛг/с

Рне.5. Изменение во времени днсперени К ошпбки слеженпяза целью при действии масккрзтощтс помех.

Р 0.8 0.6 0.2

Ш

о

10 кЛг/с клг/с

Рис.6. Изменение во временя вероятности Р слетнпя за полезным сигналом.

4

6

2

Рис.7. Граф возможных взаимных переходов между тактическими ситуациями

1 4 3 2 1

рО) 0.5

рЯ°

0.5

р(3)° 0.5

р№ 0.5 0

Рис.8. Возможная реализация смены тактических ситуаций

| 1

1 к

л , 1 Я

А —г~т

Рис.9. Обобщенные вероятности Р<9 правильного определения 1-й тактической ситуации

рО

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0

ф - 0

* 0.2

« 0.4

3

Дт 0.3

0.2

0.1

0

0.2

ф - 0

Рис.10. Зависимость вероятности Р® от отношения сигналЛиум Хг(Оы . (ф - отношение длительности маскирую щей помехи к длительности цикла наблюдений)

Рис.11. Зависимость времени щи тия решения Дт от отноше: сигнал/шум Х21<2н

ЧС

.3 .2 .1

\1

4,5,7,8 А

рМ 1.0

0.8

0.6

0.4

4,5,7,8Л

О

0.1

1.0

ш а

о

0.1

1.0

ю й

12. Зависимость времени (я) л версятноетп Р® принятия правильного решения т соответствия й априорной н фактической внтенешноетей переходов.

РС»)

1.0 ею 06

СИ

а2

1

и— |

1Ш

/ 1

( 1 [ 1 !

)

Р/Оу

0

Щ2

13. Зависимость временя (а) к вероятности Р® принятая правильного решения г соотношгаиа сигнал/шум на выгоде шмерителя.

Ат1 с 0.3

0.2 0.1

Рис.14. Зазпскмость времени Дт, затрачиваемого па припятне решения, от статических хергктергь стюс 1Р кнлекаторов.

0.4 0.6 0.8 1.0 ¡К

14,5,7,8

0.4 0.6 0.8 1.0 «И

Ряс. 15. Зетвснмость ве-роятносш Р<е> принятия правильного решенвя о помеховой ситуация от стаппескне херахтерв-стка индикаторов.

Подписано к печати 9.11.1997 г. Усд.печ.л.2,0. Уч-изл.л.2,0. Тираж 102 экз. Заказ N425 Отпечатано: Воронежский ЦНТИ 394730, г. Воронеж, пр. Революции,30

президиум ВАК Россия

есгг" //* №

Ефисудил ученую степень,

науж äC России

! - / ! ( / V.

ТАМБОВСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ АВИАЦИОННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ

УЧИЛИЩЕ им. Ф.Э.ДЗЕРЖИНСКОГО

На правах рукописи

ПАВЛОВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

СИНТЕЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА С РАННИМ ОБНАРУЖЕНИЕМ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ ВХОДНЫХ СИГНАЛОВ

05.13.01 - Управление в технических системах

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (в отрасли технических наук)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

Тамбов 1997

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................. 8

1. Состояние проблемы синтеза помехоустойчивых информационных систем подвижных управляемых объектов...................... '19

1.1 Принципы и особенности построения моделей подвижных управляемых объектов и их информационных систем....... 19

1.2. Математические модели процессов обработки информации

в информационной системе и их анализ........................................... 34

1.2.1. Модель процесса измерения..................................................................... 34

1.2.2. Модель процесса обнаружения................................................................ 36

1.2.3. Модель процесса обнаружения-измерения.......................................... 41

1.2.4. Модель процесса индикации..................................................................... 49

1.2.5. Модель процесса управления наблюдениями................................ 52

1.3. Эволюция моделей подвижного управляемого объекта и его информационной системы. Анализ научно методического аппарата, применяемого при синтезе помехоустойчивых информационных систем с ранним обнаружением изменений свойств входных сигналов......................................................................... 58

1.4. Выводы по разделу, Цель и задачи исследования........................... 64

2. Моделирование условий функционирования информационной системы подвижного управляемого объекта, подверженной организованному противодействию...................................... 67

2.1. Анализ и классификация условий функционирования информационной системы подвижного управляемого объекта...... 67

2.2 Модели процессов в информационной системе в различных

2.2.1. Модели отказов в информационной системе ПУО

2.2.2. Модель процессов в информационной системе ПУО при наличии множества объектов..................................................................... 82

2.2.3. Модели процессов в ИС ПУО при действии маскирующих помех.................................................................................................................... 94

2.2.4. Модели процессов в ЙС ПУО при действии имитирующих помех..................................................................................................................... 99

2.3. Определение наиболее вероятного и опасного организованного противодействия ЙС П УО.................................................................105

2.4. Выводы по разделу..........................................................................................109

3. Разработка методов и алгоритмических моделей управления процессом наблюдения в информационной системе подвижного управляемого объекта с ранним обнаружением изменений свойств входных сигналов................................................ 111

3.1, Анализ существующих постановок задач управления процессом наблюдения................................................................................111

3.2, Обобщенная постановка задачи управления процессом наблюдения...................................................................................................... 119

3.3, Методы синтеза оптимального управления процессом наблюдения....................................................................................................... 127

3.4, Синтез оптимального управления процессом наблюдения

в одноканальном измерителе................................................................... 138

3.4.1. Оптимальное управление при ненаблюдаемых моментах изменения свойств входных процессов.............................................. 138

3.4.2. Оптимальное управление при наблюдаемых моментах изменения свойств входных процессов............................................. 148

3.5, Синтез оптимального управления процессом наблюдения

и структуры многоканального измерителя....................................... 153

3.6. Определение функций поглощения и восстановления, гибели и размножения реализаций...................................................... 167

3.7. Идентификация состояний и структурный синтез информационной системы подвижного управляемого объекта с ранним обнаружением изменений свойств входных сигналов....... 175

3.8. Выводы по разделу........................................................................................ 180

4, Разработка методов, математических и алгоритмических

моделей раннего обнаружения моментов изменения свойств случайных процессов................................................................. 185

4.1. Анализ перспективных методов обнаружения моментов изменения свойств случайных процессов..........................................185

4.2. Математическая модель апостериорного обнаружения изменений свойств последовательности наблюдений в условиях противодействия........................................................................ 196

4.3. Математические и алгоритмические модели последовательного обнаружения изменений свойств последо-

вательности наблюдений в условиях противодействия..............202

4.3.1. Обнаружение скачкообразных изменений в реальном

масштабе времени............................................................................................202

4.3 2. Обнаружение постепенных изменений в реальном масштабе времени......................................................................................................... 210

4.4. Методы, математические и алгоритмические модели раннего обнаружения моментов изменения свойств случайных процессов по информации измерителей и индикаторов............. 215

4.5, Выводы по разделу........................................................................................ 227

5. Разработка алгоритмического обеспечения для управления

информационной системой подвижного управляемого объекта в условиях организованного противодействия....................... 229

5.1, Прикладные задачи алгоритмического обеспечения информационной системы........................................................ ........................ 229

5.2, Алгоритм определения тактической ситуации при применении подвижных управляемых объектов......................................... 234

5.3, Алгоритм распознавания помеховых ситуаций в ИС ПУО........... 240

5.4, Алгоритм идентификации и управления структурой

ИСПУО.................................................................................................................. 246

5.5, Алгоритм автоматического выбора режима работы ЙС.................. 249

5.6, Алгоритм контроля и управления техническим состоянием ЙС............................................................................................................. 255

5.7, Выводы по разделу......................................................................................... 262

6. Исследование эффективности применения подвижного управляемого объекта с разработанной помехоустойчивой информационной системой........................................................................ 264

6.1, Исследование алгоритмов последовательного обнаружения изменений свойств последовательности наблюдений, осуществляемых в условиях противодействия............................... 264

6.1,1, Анализ алгоритмов последовательного обнаружения, Ис-

ходные данные и задачи моделирования........................................... 264

6.1.2. Исследование алгоритма обнаружения скачкообразных изменений вероятностных свойств наблюдений в реаль-

ном масштабе времени.................................................................................. 271

6.1.3. Исследование алгоритма обнаружения момента начала постепенного изменения вероятностных свойств наблюдений в реальном масштабе времени......................................................... 277

6.1.4. Исследование алгоритма обнаружения изменений свойств сигналов и систем по данным измерителей и индикаторов..................................................................................................................... 283

6.2. Исследование алгоритмов оптимального управления процессом наблюдения в ИС ПУО............................................................ 288

6.2.1. Основные определения и задачи моделирования.......................... 288

6.2.2. Исследование бессрывности и точности слежения при управлении процессом наблюдения в условиях действия маскирующих помех..................................................................................... 290

6.2.3. Исследование бессрывности и точности слежения при управлении процессом наблюдения в условиях действия имитирующих помех...................................................................................... 294

6.3. Исследование алгоритма определения тактических

ситуаций............................................................................................................ 300

6.4. Исследование алгоритма распознавания помеховых ситуаций............................................................................................................ 304

6.4.1. Исходные данные и цель моделирования..,....................................... 304

6.4.2. Исследование критичности алгоритма к достоверности априорной информации об интенсивностях переходов

между помеховыми ситуациями............................................................... 307

6.4.3. Исследование критичности алгоритма к интенсивностям

шумов измерителей........................................................................................ 313

6.4.4. Исследование критичности алгоритма к вероятностным характеристикам обнаружителей и индикаторов........................... 315

6.5. Исследование бессрывности и точности наведения ПУО на маневрирующую цель в условиях информационного противодействия...,.........................................................................................318

6,6 Выводы по разделу......................................................................................... 328

Заключение....................................................................................................... 330

Список использованных источников................................................... 337

Приложения.......................................................................................................350

Приложение 1. Оценивание параметров траекторий............................... 350

Приложение П. 1.1. Исходные предпосылки при оценивании

параметров траектории цели (уводящей помехи).............................350

Приложение П. 1.2. Модель траектории цели....................................................352

Приложение П.1.3. Модель траектории имитирующей помехи..................354

Приложение П. 1.4.Оценивание параметров траектории одиночной

цели....................................................................................................................356

Приложение 11.1.5. Оценивание параметров одиночной траектории

имитирующей помехи.................................................................................... 360

Приложение П.2. Экстраполяция параметров траекторий...................... 367

Приложение П.З, Определение размеров стробов......................................... 370

Приложение П.4. Оценивание параметров двух близких сигналов.... 373

ВВЕДЕНИЕ

В сложных многопараметрических технологических процессах производства изделий, при управлении сложными объектами (реакторами, морскими, воздушными и космическими судами и др.), при различных видах контроля (в дефектоскопии, медицине и др.) в связи, в различных видах локации и других направлениях деятельности человека широкое распространение получили информационные системы (ИС) различного назначения.

Защита 1С от естественных и искусственно создаваемых (организованных) помех представляет собой одну из важнейших проблем их синтеза, решение которой способно оказать существенное влияние на эффективность использования соответствующих объектов. Проблемы синтеза помехоустойчивых ЙС рассматриваются на примере ЙС, применяемых в локации при управлении • подвижными объектами, так как именно здесь как отдельно , так и в совокупности проявляется действие различных видов естественных и организованных помех. В настоящее время отмечается быстрое и эффективное развитие методов и средств информационного противодействия [11, 25, 60, 100]. Выводы и рекомендации по повышению помехоустойчивости, полученные на примере ЙС, применяемых в локации, распространяются практически на все ЙС, применяемые в других направлениях деятельности человека.

Предметом исследования является помехоустойчивость ЙС подвижного управляемого объекта (ПУО), понимаемая не в узком смысле -как способность к выделению полезного сигнала из смеси его с помехами за счет селективных способностей ЙС, а в широком - как способность к выделению полезной информации, заложенной в принимаемых из окружающей среды сигналах, в том числе и помеховых. Исследование

проводится на математических и алгоритмических моделях ИС, ПУО и окружающей среды, причем особое внимание уделяется необходимой и достаточной степени адекватности при описании и воспроизведении протекающих процессов.

Прагматической целью исследования является повышение помехоустойчивости ЙС к действию организованных помех, наиболее эффективными из которых обоснованно считаются маскирующие и имитирующие помехи [60, 100]. Маскирующие помехи, обладая, как правило, значительно большей мощностью по сравнению с полезными сигналами, фактически имитируют внутренние шумы приемников большой интенсивности, что практически исключает возможность обработки полезных сигналов. Следствием воздействия маскирующих помех на ЙС является появление неинформативных измерений и перерывов в обработке информации. Воздействие имитирующих помех на ЙС приводит к постепенному изменению свойств входных сигналов, а также к появлению множества ложных сигналов, не отличаемых от полезных по неинформативным признакам. Это соответствует имитации возможной ситуации, когда реально в поле зрения ИС присутствует множество объектов. Существенной особенностью функционирования ЙС в таких условиях является то, что в них производится обработка информации одновременно о нескольких физических объектах, причем число объектов и значения их параметров случайны и случайным образом изменяются с течением времени.

Помехоустойчивость ЙС при действии организованных помех остается низкой из-за длительных задержек в обнаружении изменений свойств входных сигналов, следствием чего является управление ЙС по ложной входной информации, не соответствующей реально сложившейся из-за действия помех.

Актуальность научной проблемы

В настоящее время достаточно хорошо развиты общие методы анализа и синтеза ЙС на основе рассмотрения их динамики в пространстве состояний и интегрирования обобщенных уравнений Фоккера-Планка-Колмогорова для функций плотности вероятности. Приближенные методы основаны на анализе уравнений для вероятностных моментов фазовых координат системы и уравнений для вероятностей состояний (структур), в которых находится система [29, 30]. Наиболее развитым научно-методическим аппаратом, применяемым в данной области, является аппарат теории систем со случайными скачкообразными изменениями структуры [32, 33].

Однако особенности задач, возникающие при действии на ЙС ПУО организованных помех, не позволяют для их решения воспользоваться разработанными алгоритмами обработки информации в существующем виде в классе систем случайной структуры. Это обусловлено тем, что существующие алгоритмы ориентированы на скачкообразное изменение свойств процессов и параметров систем, в то время, как наиболее трудно различимые, но часто встречающиеся постепенные изменения свойств случайных процессов не рассматриваются. Задача о скорейшем (раннем) обнаружении момента изменения свойств случайных процессов (задача о "разладке") усилиями многих авторов практически решена только при скачкообразных изменениях свойств процессов [12, 14, 17, 57, 15, 50, 52, 54, 118, 127, 132]. При этом достигнуты потенциальные характеристики процедуры обнаружения [8, 14, 16, 27,54, 55, 130]. Существующие методы обнаружения постепенно возникающей разладки не удовлетворяют потребностям практики. Низкая вероятность принятия правильного решения и относительно большая задержка в обнаружении разладки не позволяют синтезировать ЙС, устойчивые к действию орга-

низованных помех. Таким образом, актуальность научной проблемы связана с тем, что существующие методы и модели разработки помехоустойчивых информационных систем не дают достаточного эффекта защиты от помех, имитирующих постепенные изменения параметров систем или свойств входных сигналов, из-за отсутствия механизма повышения вероятности принятия правильного решения о разладках и сокращения задержек при их обнаружении.

Целью диссертационной работы является развитие методологии, научных основ синтеза информационных систем подвижных объектов на базе теоретического обобщения, разработки математических, алгоритмических моделей раннего обнаружения изменений свойств входных сигналов и управления процессом наблюдения,

Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач: изучение особенностей синтеза помехоустойчивых информационных систем подвижных объектов и определение направлений исследований;

определение классификационных признаков входных сигналов и помех, разработка математических моделей условий функционирования помехоустойчивых информационных систем подвижных объектов, подверженных организованному противодействию;

разработка методов и алгоритмических моделей управления измерителями информационной системы на случай наблюдаемости изменений свойств входных сигналов;

структурный синтез измерителей информационных систем подвижных объектов, предназначенных для функционирования в условиях действия организованных помех;

разработка методов, математических и алгоритмических моделей раннего обнаружения моментов изменения свойств случайных процес-

сов по информации и�